TW200524037A - Plasma etching method - Google Patents

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200524037 九、發明說明： C号务日月戶斤才支冬'真3 發明領域 本發明係有關於一種電漿蝕刻方法，特別係有關於一 5 種可良好地形成溝槽之電漿li刻方法。 t先前才支冬好U 發明背景 近年來，隨著電子機器之小型化，對附加於其上之半 導體元件亦要求趨小。因此，為了確保半導體元件之元件 10分離或記憶元容量面積，遂要求形成於矽基板之溝槽（溝） 和微孔（孔）須有例如40以上之高深寬比（溝或孔之深度/ 溝或孔之直徑）。此外，於矽基板上形成這種高深寬比之溝 槽和微孔之方法，有一種藉著使蝕刻氣體電漿化而產生之 活性種（離子和自由基等）來對矽基板蝕刻的電漿蝕刻方 15法。由於溝槽和微孔之電漿蝕刻過程大致相同，所以以下 係以溝槽來說明。 在要求/冓槽有咼深寬比的同時，一般亦要求要如第1〇 圖所示般使側壁部之傾斜角度為約9〇度（垂直）。但是，欲 形成咼沬寬比之溝槽時，溝槽之形狀卻很難控制，所以就 20會導致無法同時滿足對溝槽形狀之要求及對高深寬比之要 求。即，在藉電漿蝕刻方法蝕刻矽基板之過程時，因為中 性自由基是通電各向同性地射入矽基板表面而造成邊蝕 刻，所以特別是在高深寬比之溝槽尤其明顯，溝槽形狀將 會無法成為預定形狀而是變成如第11圖所示之形狀。 200524037 用以解決這種問題之習知技術，有例如專利文獻丨、2 所載之電漿蝕刻方法。 以下，依第12A〜12D圖來說明藉專利文獻丨、2所載之 電漿蝕刻方法蝕刻矽基板之過裎。 5 首先，如第12A圖所示，利用已形成有圖案之遮罩300, 來藉使餘刻氣體電漿化而產生之活性種（離子和自由基等） 對矽基板310施行蝕刻。此時，離子是藉負偏壓加速而垂直 射入矽基板310表面，沿垂直方向施行蝕刻，而自由基則是 各向同性地射入石夕基板310表面，於上端開口部之遮罩3〇〇 10下造成邊钱刻。 接著，如第12B圖所示，於溝槽内之矽基板31〇表面形 成抗餘刻之保護膜320。 /然後’如第12C圖所示，再次藉活性種對石夕基板31〇施 行姓刻。此時，由於溝槽側壁覆蓋有保護膜32〇，所以自由 Μ基對側面之餘刻不會加深，而垂直方向之蚀刻與又新出現 之溝槽側壁之蝕刻會加深。 妾下來如第1犯圖所示，反覆前述第〜第μ圖之 吐，按習知電漿姓刻方法，係分數次施行侧步驟， 施行蝕刻前，先用保護膜覆蓋溝槽側壁。因此，可藉 側辟」人$來械1^深寬比之溝槽，並可抑制對溝槽 深寬t⑦’糾同時滿足對溝槽形狀之要求及對高 【專利文獻1】 20 200524037 曰本專利公開公報特開昭60-5 0923號 【專利文獻2】 曰本專利公開公報特開平7 -5 03 815號 【發明内容】 5 發明欲解決課題 然而，習知之電漿蝕刻方法是反覆蝕刻步驟及形成保 護膜步驟來進行，所以導致溝槽側壁產生凹凸的問題。 本發明有鑑於此問題，於是目的在於提供一種可同時 滿足對溝槽形狀之要求及對高深寬比之要求，且可形成具 10 有平滑形狀之側壁之溝槽的電漿蝕刻方法。 用以解決課題之方法 為達成前述目的，本發明之電漿蝕刻方法，係於處理 室内對Si構成之被處理體施行電漿蝕刻者，該電漿蝕刻方 法是將含有氟化合物氣體及稀有氣體之蝕刻氣體導入前述 15 處理室内，且使前述蝕刻氣體電漿化以蝕刻前述被處理 體。在此，前述蝕刻氣體可更含有〇2氣體，且前述氟化合 物氣體為SF6氣體，前述稀有氣體可為He氣體，導入前述處 理室内之He氣體之量，可相對於前述蝕刻氣體之總流量為 30%以上，又，亦可藉ICP法使前述蝕刻氣體電漿化。 20 依前述，可產生將溝槽内部之氣體驅逐到外部之氣 流，使溝槽内部之反應生成物及活性種之滯留時間縮短， 所以即使是在欲形成高深寬比之溝槽時，仍可抑制對溝槽 造成邊蝕刻和溝槽前端尖細。即，可提供一種同時滿足對 溝槽形狀之要求及對高深寬比之要求的電漿蝕刻方法。 200524037 ^ΙΓ111次㈣步驟㈣基板上形成溝槽，故可防止 溝槽側壁產生凹凸。即 之側壁之料的《軸料r料具好滑形狀 5 10 15 前、H’前述處理室之内壁可由絕緣性封料構成。又， %、邑、、、彖性材料可為石英、氧 材、氧化纪。 、‘耐酸銘加工之I呂母 溝样可保持Ν電水㉙度’維持高則速度，避免對 成祕/保護效果降低，所以可提供—種不會對溝槽造 二可形·定形狀之溝槽的電Μ刻方法。 :，前述峨體可更含有cl2氣體。又，導入前述處 10%=〇2聽之量，可㈣於前私職體之總流量為 之制ΓΓ’由韻職齡扣2，㈣可提供—種當溝槽 部1效果過強時’可減少因為甚至保護到溝槽之底 局雜擒姓刻所產生之溝槽底部之殘潰的刻方 法。 又’前述氟化合物氣體可為SF遺體或NF3氣體，並且 子則述_氣體施加鮮27MHZ以上之電力使其電聚化。 依此，由於可抑制對溝槽造成之邊餘刻的加深’所以 ;提供—财會對㈣造錢_，可形錢定形狀之溝 才曰的電漿蝕刻方法。 再者，前述稀有氣體可為He氣體，且導入前述處理室 内之出氣體之量’相對於前述蝕刻氣體之總流量為—以 200524037 依此，由於更可抑制對溝槽造成之逢餘刻的加深 以可提供—種可形成預定形狀之溝槽的電_刻方法。 一又，前述触刻氣體可更含有聚合物生成氣體，且前 氟化合物氣體為sf6氣體，前述聚合物生成氣體可為咕^ 5體、CHF3氣體、C5F8氣體、及C4F6氣體其中任一者8氧 前述氟化合物氣體可為SF6氣體，並且係對前述餘刻氣= 加頻率500kHz之電力使其電漿化。 也 依此，由於當餘刻S0I基板等時，在絕緣性中止層露出 後仍可繼續保護溝槽側壁，所以可提供一種不會對溝槽造 10成邊餘刻，可於SOI基板等上形成預定形狀之溝槽的電聚餘 刻方法。 又，可使用含有〇2氣體且以SF6氣體作為氣化合物氣體 之蝕刻氣體來蝕刻前述被處理體之後，再使用含有聚合物 生成氣體且以SF0氣體作為氟化合物氣體之飯刻氣體來姓 I5 刻前述被處理體。 依此，到藉蝕刻使絕緣性中止層露出為止，均使用02 氣體進行姓刻’於疋可貫現南姓刻速度，在藉餘刻使絕緣 性中止層露出之後，使用聚合物生成氣體進行蝕刻，於是 可實現少有邊蝕刻之蝕刻。 20 又，前述氟化合物氣體可為CF4氣體。又，導入前述處 理室内之Αι*氣體之量，可相對於前述蝕刻氣體之總流量為 50% 〜90%。 依此，由於可減弱反應性，使餘刻速度變慢，所以可 以高尺寸精度形成深度淺之高深寬比的溝槽。 200524037 發明之效果 依本發明之電漿蝕刻方法，即使是在欲形成高深寬比 之溝槽時，仍可抑制對溝槽造成之邊蝕刻和溝槽前端尖 細，並同時滿足對溝槽形狀之要求及對高深寬比之要求。 5 又，可形成具有平滑形狀之側壁之溝槽。另，不會對溝槽 造成邊蝕刻，可形成預定形狀。又，可以高尺寸精度形成 深度淺之高深寬比的溝槽。 因此，依本發明，可提供一種同時滿足對溝槽形狀之 要求及對高深寬比之要求，且可形成具有平滑形狀之側壁 10 之溝槽的電漿蝕刻方法，實用價值極高。 圖式簡單說明 第1圖係顯示本發明第1實施形態之電漿蝕刻裝置結構 的圖。 第2圖係說明同實施形態之電漿蝕刻裝置之蝕刻氣體 15 使用He氣體之效果的圖。 第3A〜3B圖係說明同實施形態之電漿蝕刻裝置之蝕刻 室内壁使用絕緣性材料之效果的圖。 第4圖係顯示本發明第2實施形態之電漿蝕刻裝置結構 的圖。 20 第5圖係顯示He量與底切尺寸之間關係的圖。 第6圖係形成有具凹口之溝槽之SOI基板的截面圖。 第7圖係顯示本發明第3實施形態之電漿蝕刻裝置結構 的圖。 第8圖係顯示本發明第4實施形態之電漿蝕刻裝置結構 200524037 的圖。 第9圖係說明同實施形態之電漿姓刻裝置中，石夕基板上 將形成溝槽之狀態的圖。 第_係形成有預定形狀之溝槽之石夕基板的截面圖。 5 圖係形成有具邊蚀刻之溝槽之♦基板的截面圖。 第12A〜12D圖係說明藉習知電祕刻方法兹刻石夕基板 之過程的圖。 C實施方式3 用以實施本發明之最佳形態 10 卩下’配合參照圖式，說明本發明實施形態之電漿钱 刻裝置。 (第1實施形態） 第1圖係顯不本發明第1實施形態之電漿蝕刻裝置結構 的圖。 。亥電漿刻裝置為例如ICP (感應麴合電漿）型餘刻裝 置，包含有真空蝕刻室1〇〇，蝕刻室1〇〇内之上部電極ιι〇及 下部電極120，高頻電源i3〇a、13〇b，氣體導入口 14〇及排 氣口 150 〇 蝕刻室100係可施行蝕刻之處理室，内壁為例如石英、 氧化鋁、經耐酸鋁加工之鋁母材、氧化釔等之絕緣性材料 構成者。 鬲頻電源130a、130b可供給例如頻率13 56MHzi電力。 氣體導入口 140可供給氣體至蝕刻室1〇〇。 排氣口 150可將蝕刻室1〇〇内之氣體排出。 200524037 接著，以下依序說明作為製造電晶體等之半導體裝置 之1步驟的使用前述電漿蝕刻裝置之矽基板溝槽加工。 首先，將矽基板載置於下部電極120上，且使蝕刻室1〇〇 内保持一定壓力，並透過氣體導入口 140供給蝕刻氣體，自 5 排氣口 bo排氣。在此，蝕刻氣體，係其氟化合物氣體以Sf6 氣體為主成分，且除此再添加例如〇2氣體之添加氣體及例 如He氣體之稀有氣體等的混合氣體。又，He量若少，Sf6 氣體及〇2氣體在蝕刻氣體中所佔比例變大，便會對溝槽造 成邊蝕刻和使溝槽前端尖細，又，He量若多，貝彳S]p6氣體及 10 〇2氣體在蝕刻氣體中所佔比例變小，蝕刻會無法進行，所 以調節成相對於蝕刻氣體之總流量為30%以上。，另，稀有 氣體亦可為Ar氣體、Xe氣體、Ne氣體、Kr氣體。 接著，由高頻電源130a、130b分別供給高頻電力至上 部電極110及下部電極120，使蝕刻氣體電漿化。F+離子、F I5自由基等之電漿中的活性種，會與矽基板之矽發生反應而 生成SiF4、Si〇2等反應生成物，並姓刻矽基板而形成溝槽。 此時，考慮到蝕刻對象為矽基板，故將施加於下部電極12〇 之RF功率設定為例如低約50W。 如以上所述，依本實施形態之電漿蝕刻裝置，係使用 20含有氣體之蝕刻氣體以於矽基板上形成溝槽。因此，如 第2圖所示，可產生將溝槽内部之氣體驅逐到外部之氣流， 使溝槽内部之反應生成物及活性種之滞留時間縮短，所以 本實施形態之電漿蝕刻裝置即使是在欲形成例如4〇以上之 高深寬比之溝槽時，仍可抑制對溝槽造成之邊蝕刻和溝槽 12 200524037 前，尖細。即，可提供—種同時滿足對溝槽形狀之要求及 對高深寬比之要求的電漿蝕刻裝置。 又，依本實施㈣之電漿_裝置，係則她刻步驟 於石夕基板上形成溝槽。所以，可防止溝槽側壁產生凹凸， 5因此本實施形態之電漿姓刻裝置可形成具有平滑形狀之側 壁之溝槽。 又，依本實施形態之電_刻裝置，係使用含有从 體之姓刻氣體以钮刻石夕基板。因此，可提高對溝槽之側壁 保護效果，所以本實施形態之電聚姓刻裝置不會對溝槽造 10成邊蝕刻，可形成預定形狀之溝槽。 又，依本實施形態之電漿钮刻裝置，姓刻室100之内壁 是由絕緣性材料構成者。因此，如第3A圖所示，由於放電 產生之電子與侧室壁_碰撞，故電之密度居高不 下，如第3B圖所示，可保持高電漿610密度，維持高蚀刻速 15度’避免對溝槽之側壁保護效果降低，所以本實施形態之 電漿餘刻裳置不會對溝槽造成邊姓刻，可形成預定形狀之 溝槽。 "另，本實卿態之電漿_裝置使用之㈣氣體係以 SF6氣體為主成分’且除此再添加〇2氣體之添加氣體及稀有 2〇氣體的混合氣體。不過，姓刻氣體亦可更添加例如總流量 之10%以下，如約10%之氯（C12)氣體。藉此，當溝槽之 側壁保護效果過強時，可減少因為甚至保護到溝槽之底部 而局部阻擋钱刻所產生之溝槽底部之殘渣。 又，本實施形態之電漿蝕刻裝置使用之蝕刻氣體是以 13 200524037 sf6氣體為主成分，不過亦可以NF3氣體為主成分。 (第2實施形態） 前述第1實施形態之電漿蝕刻裝置，係使用含有3?6氣 體、〇2氣體及稀有氣體之混合氣體作為蝕刻氣體，且對該 5 混合氣體施加例如13·56ΜΗζ之高頻電力。不過，若使用不 含〇2氣體之混合氣體，即使用含有SF6氣體等之氟化合物氣 體及稀有氣體之混合氣體作為蝕刻氣體，且對該蝕刻氣體 施加27MHz以上之高頻電力，亦可獲得同樣效果。 於是，第2實施形態之電漿蝕刻裝置，就係使用含有SF6 W 氣體等之氟化合物氣體及稀有氣體之混合氣體作為蝕刻氣 體’且對該蝕刻氣體施加27MHz以上之高頻電力。以下， 說明重心在於其與第1實施形態相異之點。 第4圖係顯示本發明第2實施形態之電漿蝕刻裝置結構 的圖。 15 該電漿蝕刻裝置具有與第1實施形態之電漿蝕刻裝置 不同之高頻電源，且包含有蝕刻室〗〇〇，上部電極11〇及下 部電極120，高頻電源730a、730b，氣體導入口 140及排氣 口 150 〇 高頻電源730a、730b，可供給例如消耗電力少之27MHz 20 高頻電力的27MHz以上的高頻電力。 接著，以下依序說明使用前述電漿蝕刻裝置之矽基板 溝槽加工。 首先，將矽基板載置於下部電極12〇上，且使蝕刻室 内保持-定壓力，並透過氣體導人口 14()供給餘刻氣體，自 14 200524037 排氣口 150排氣。在此，蝕刻氣體，係以SF0氣體等之氟化 合物氣體為主成分，且再添加例如He氣體等之稀有氣體的 混合氣體。又’對溝槽造成之邊蝕刻的加深程度，即底切 (第11圖之1000)之尺寸相對於He量會顯示如第5圖所示之 5 k化。換s之，He量若小於go%，邊钱刻加深程度就變大。 因此，He量須調節成相對於總流量為8〇%以上。另，稀有 氣體亦可為Ar氣體、xe氣體。 接著，由高頻電源730a、730b分別供給高頻電力至上 部電極110及下部電極120，使蝕刻氣體電漿化。F+離子、F 10自由基等之電漿中的活性種，會與矽基板之矽發生反應而 生成SiF4等反應生成物，並蝕刻矽基板而形成溝槽。 如以上所述，依本實施形態之電漿蝕刻裝置，與第i 貝鈿形悲之電漿蝕刻裝置同樣地，可同時滿足對溝槽形狀 之要求及對南深寬比之要求。 15 再者，依本實施形態之電漿蝕刻裝置，與第1實施形態 之電漿餘刻裝置同樣地，可形成具有平滑形狀之側壁之溝 槽。 又，依本實施形態之電聚敍刻裝置，係韻刻氣體施 加27MHz以上之高頻電力使其電聚化，以姓刻石夕基板。因 此，可抑制對溝槽造成邊姓刻之加深，所以本實施形態之 電聚關裝置，不會對溝槽造成邊姓刻，可形成預定形狀 之溝槽。 另，本實施形態之電_刻裝置使用之I虫刻氣體是以 SF6氣體為主成分，不過亦可以NF3氣體為主成分。 15 200524037 又，本實施形態之電_刻裝置，若使用含有巩氣 體、〇2氣體及稀有氣體之忠合氣體，且對該姓刻氣體施加 27MHz以上之高頻電力，亦可獲㈣樣效果。 (第3實施形態） 5冑述第1實施形態之電漿餘刻裝置，係使用含有SF6氣 體、〇2氣體及稀有氣體之現合氣體作為⑽氣體。不過， 若《含有SF6氣體等之氟化合物氣體、聚合物生成氣體及 稀有氣體之混合氣體作為餘刻氣體，亦可獲得同樣效果， 進而田餘刻SOI (絕緣層上覆石夕）基板等下方具有絕緣性中 10止層切基板時，可抑制邊_加深。 即，第1實施形態之電漿蝕刻裝置，係藉〇2與矽發生反 應而生成之反應生成物來保護溝槽側壁。因此，一旦SOI 基板等上因蝕刻使得中止層露出時，反應生成物會停止生 成而無法保護溝槽側壁，於中止層920附近之矽基板910形 15成如第6圖所示之凹口 9〇〇。不過若使用聚合物生成氣體作 為姓刻氣體，則可利用由聚合物生成氣體生成之聚合物保 。蔓溝槽側壁。因此，縱使中止層露出，反應生成物仍不會 停止生成，可持續保護溝槽側壁。 於是，第3實施形態之電漿蝕刻裝置，就係使用含有SF6 2〇氣體等之氟化合物氣體、聚合物生成氣體及稀有氣體之混 合氣體作為蝕刻氣體。以下，說明重心在於其與第1實施形 〜相異之點。另’聚合物生成氣體有例如C4F8氣體、CHF3 氣體、CsF8氣體、及C4F6氣體等等。 第7圖係顯示本發明第3實施形態之電漿蝕刻裝置結構 16 200524037 的圖。 該電漿餘刻裝置具有與第i實施形態之電裝钱刻裝置 相同之結構，包含有餘刻室1〇〇，上部電極11〇及下部電極 120，高頻電源1〇3〇a、1030b，氣體導入口 14〇及排氣口 15〇。 5 接著，以下依序說明使用前述電漿蝕刻裝置之SOI基板 溝槽加工。 首先，將SOI基板載置於下部電極12〇上，且使蝕刻室 動内保持-定壓力，並透過氣體導入口⑽供給姓刻氣 體，自排氣口 150排氣。在此，蝕刻氣體，係以Sf6氣體等 10之氟化合物氣體為主成分，且再添加聚合物生成氣體及例 如He氣體等之稀有氣體的混合氣體。又，故量若少， 氣體在姓刻氣體中所佔比例變大，便會對溝槽造成邊姓刻 和使溝槽前端尖細，He量若多，則SF6氣體在蝕刻氣體中所 佔比例變小，蝕刻會無法進行，所以調節成相對於總流量 15為3〇%以上。另，稀有氣體亦可為Ar氣體、Xe氣體。 接著，由高頻電源l〇3〇a、i030b分別供給低頻電力至 上部電極110及下部電極120,使蝕刻氣體電漿化。F+離子、 F自由基等之電漿中的活性種，會與則基板之树生反應 而生成Si^6等反應生成物，並蝕刻為s〇I基板之矽基板直到 20露出中止層為止以形成溝槽。 如以上所述，依本實施形態之電漿蝕刻裝置，與第工 貫施形態之電滎飯刻裝置同樣地，可同時滿足對溝槽形狀 之要求及對高深寬比之要求。 再者，依本貫施形態之電漿蝕刻裝置，與第1實施形態 17 200524037 之電漿姓刻裝置同樣地，可形成具有平滑形狀之側壁之溝 槽。 又，依本實施形態之電漿蝕刻裝置，係使用含有聚合 物生成氣體之钱刻氣體以於s〇I基板上形成溝槽。因此，縱 5使中止層露出之後仍可持續保護溝槽㈣，所卩本實施形 心之電濃蝕刻裝置，不會對溝槽造成邊蝕刻，可於基板 等上形成預定形狀之溝槽。 又，本實施形態之電漿蝕刻裝置，係使用含有Sf6氣 體♦ 6物生成氣體及稀有氣體之混合氣體作為姓刻氣 1〇體，以於蝕刻S0I(絕緣層上覆矽）基板等下方具有絕緣性 中止層之矽基板時，可抑制邊蝕刻加深。不過，即使是使 用不S有♦合物生成氣體之混合氣體，即使用含有例如SF6 氣體之氟化合物氣體及稀有氣體之混合氣體作為蝕刻氣 體，若電漿蝕刻裝置具有可供給例如5〇〇kHz2低頻電力之低 15頻電源且對该姓刻氣體施加500kHz之低頻電力，則亦可獲得 同樣效果。 即’第1貫施形恶之電漿姓刻裝置，由於使用 之咼^員電力，所以正離子是以低速射入石夕基板。因此，s〇i 基板等上因蝕刻而露出中止層時，藉已射入之正離子而帶 2〇電之中止層可使其後射入之正離子之執道彎曲。不過，若 使用500kHz之低頻電力，則正離子會以高速射入矽基板。因 此，即使SOI基板等上因蝕刻而露出中止層時，正離子之執 道也不會大幅彎曲，可持續保護溝槽側壁。 因此’亦可對蝕刻氣體施加500kHz之低頻電力，使其電 18 200524037 漿化，以於SOI基板等上形成預定形狀之溝槽。 又，本實施形態之電漿蝕刻裝置，係可藉使用前聚合 物生成氣體之蝕刻或使用低頻電力之蝕刻，以於SOI基板等 上形成預定形狀之溝槽。不過，亦可在溝槽加工達例如50〜90 5 %以上為止前，均使用含有SF6氣體、〇2氣體及稀有氣體之混 合氣體作為蝕刻氣體，如第1實施形態般施行蝕刻，之後剩 餘溝槽加工時，再施行使用前述聚合物生成氣體或低頻電 力之本實施形態之#刻。 因此，在藉蝕刻直到露出中止層為止前，可施行使用 10 〇2氣體之蝕刻以實現高蝕刻速度，而在藉蝕刻使中止層露 出之後，可施行使用聚合物生成氣體之蝕刻以實現邊蝕刻 加深少的餘刻。 又，本實施形態之電漿蝕刻裝置使用之蝕刻氣體是以 SF6氣體為主成分，不過亦可以nf3氣體為主成分。 15 (第4實施形態） 前述第1實施形態之電漿蝕刻裝置，如果在蝕刻處理開 始之後到電漿穩定之前，溝槽加工就結束，溝槽之深度將 會不均一。因此，在欲形成深度淺如2〇〇ηιη以下之溝槽時， 必須減緩蝕刻速度，使溝槽加工不致在電漿穩定之前結 20 束。不過，由於第1實施形態之電漿蝕刻裝置無法使蝕刻速 度緩於50nm/min，當欲形成深度淺之溝槽時，溝槽加工會 在電漿穩定之前就結束，所以無法以高尺寸精度形成深度 淺之溝槽。此時，欲使姓刻速度減緩之方法中，可聯想到 降低對下部電極施加之RF功率之方法，但是，RF功率一旦 19 200524037 降低’電漿密度即會降低，所以難以獲得期望之自由基和 離子，且放電變得不穩定，將導致其他新問題。 於疋，弟4貫施形悲之電漿姓刻裝置，係使用含有例如 CF4氣體之氟化合物氣體及稀有氣體之混合氣體作為蝕刻氣 5體。以下，說明重心在於其與第1實施形態相異之點。 第8圖係顯示本發明第4實施形態之電漿蝕刻裝置結構 的圖。 該電漿蝕刻裝置為例如ICP型蝕刻裝置，包含有真空蝕 刻室11〇0，高頻電源111(^、111013，氣體導入口112〇，排氣 1〇 口 1130，螺旋天線狀介電線圈H40，可承載矽基板ii5〇a之 電極1150，石英等之介電板116〇，加熱器117〇及蝕刻室加 熱器1180。 蝕刻室1100係可施行蝕刻之處理室。 高頻電源1110a、1110b，可對介電線圈114〇及電極115〇 15 施加例如13·56ΜΗζ之高頻電壓。 氣體導入口 1120可供給氣體至蝕刻室11〇〇。 排氣口 1150可將姓刻室ποο内之氣體排出。 接著，以下依序說明使用前述電漿蝕刻裝置之矽基板 溝槽加工。 2〇 f先，將石夕基板1150a載置於電極1150上，且使姓刻室 1100内保持—定壓力，並透過氣體導人口⑽供給钱刻氣 體，、自排氣口 1130排氣。在此，_氣體，係以阳氣體為 主成分，且除此再添加例如城體等之稀有氣體等的混合 氣月丑又’Αι*里右少，CF#氣體在蝕刻氣體中所佔比例變大， 20 200524037 便會對溝槽造成邊蝕刻和使溝槽前端尖細，又，^量若多， 則CF4氣體在蝕刻氣體中所佔比例變小，蝕刻會無法進行， 所以調節成相對於總流量為5〇〜9〇%。另，稀有氣體亦可為

He氣體、Xe氣體。 ， 5 接著，由咼頻電源moa、1110b分別供給高頻電力至 · 介電線圈1140及電極1150，使蝕刻氣體電漿化。F+離子、F 自由基等之電漿中的活性種，會與矽基板之矽發生反應而 生成SiFx、Si^6等反應生成物，並蝕刻矽基板而形成溝槽。 如以上所述，依本實施形態之電漿蝕刻裝置，係使用 · 10含有Ar氣體之蝕刻氣體以於矽基板上形成溝槽。因此，可 產生將溝槽内部之氣體驅逐到外部之氣流，使溝槽内部之 反應生成物及活性種之滯留時間縮短，所以本實施形態之 電漿姓刻裝置即使是在欲形成例如4〇以上之高深寬比之溝 槽時，仍可抑制對溝槽造成之邊蝕刻和溝槽前端尖細。即， 15可提供一種同時滿足對溝槽形狀之要求及對高深寬比之要 求的電漿蝕刻裝置。 又，依本實施形態之電漿蝕刻裝置，係以丨次蝕刻步驟 馨 於矽基板上形成溝槽。所以，可防止溝槽側壁產生凹凸， 因此本實施形態之電漿蝕刻裝置可形成具有平滑形狀之側 2〇 壁之溝槽。 · 又，依本實施形態之電漿蝕刻裝置，係以相較於卯6 · 氣體，使自由基解離之程度較小之(^4氣體為主成分，且除 此再添加Ar氣體的混合氣體作為蝕刻氣體以於矽基板上形 成溝槽。因此，可減弱反應性，使蝕刻速度緩於5〇nm/min， 21 200524037 變成例如12nm/min ’所以本貫施形態之電漿银刻裝置’可 以高尺寸精度形成例如200nm以下之深度淺的高深寬比溝 槽。即，當以2000nm/min之姓刻速度形成深度i〇〇nm之溝 槽時，蝕刻約3秒結束，所以若將電漿穩定之前之時間内， 5 試樣間的不均一約為1秒考慮進去，則蝕刻深度之不均一約 為30%，超過可容許深度不均一之約5%，但是當以 20nm/min之蝕刻速度形成深度ι〇〇ηηι之溝槽時，一樣之計 算下，蝕刻深度不均一約為0.3%，並未超過約5%，所以 本貫施形悲之電漿餘刻裝置在深度方向上確可以極高精度 10 控制。 產業上可利用性 本發明可利用於電漿蝕刻方法，特別係可利用於在半 導體裝置之溝槽加工時的半導體基板蝕刻等方面。 【圖式簡單說明】 15 第1圖係顯示本發明第1實施形態之電漿#刻裳置結構 的圖。 第2圖係說明同實施形態之電㈣刻裝置之餘刻氣體 使用He氣體之效果的圖。 且 第3A〜3Βϋ係說明同實施形態之電祕刻&置之触刻 20室内壁使用絕緣性材料之效果的圖。 人 弟4圖係顯示本發明第2實施形態之電漿姓刻裝置 的圖。 、再 =5圖係顯示如量與底切尺寸之間關係的圖。 第6圖係化成有具凹口之溝槽之SOI基板的截面圖。 22 200524037 第7圖係顯示本發明第3實施形態之電漿蝕刻裝置結構 的圖。 第8圖係顯示本發明第4實施形態之電漿蝕刻裝置結構 的圖。 第9圖係說明同實施形態之電漿蝕刻裝置中，矽基板上 將形成溝槽之狀態的圖。 10

第10圖係形成有預定形狀之溝槽之矽基板的截面圖。 第11圖係形成有具邊姓刻之溝槽之石夕基板的截面圖。 第12A〜12D圖係說明藉習知電漿蝕刻方法蝕刻矽基板 之過程的圖。 【主要元件符號說明】 100J100···蝕刻室 110…上部電極 120··.下部電極 1140···介電線圈 1150···電極 1160···介電板 1170···加熱器 1180···姓刻室加熱器

130a,l 30b,730a,730b, 1030a, 10 30b，1110a，1110b…高頻電源 140，1120···氣體導入口 150,1130···排氣口 300…遮罩 310,910，115(^...石夕基板 320···保護膜 600···蝕刻室壁 610…電漿 如0··.凹口 920···中止層 1000···底切 23

Claims (1)

1. 200524037 十、申請專利範圍： 1·-種電―刻方法’係於處理室内對由&構成之被 處理體施行電漿钱刻之方法， 該電衆㈣方法是將含有氟化合物氣體及稀有 5 f體之_氣體導人前述處理“，且使前述㈣ 氣體電漿:化以韻刻前述被處理體。 2.如申請專利範圍第】項之電⑽虫刻方法，其令前述 蝕刻氣體更含有〇2氣體、CO氣體或c〇2氣體，且 前述氟化合物氣體為SF6氣體。 10 3.如巾請專利範圍第2項之電㈣刻方法其中前述 稀有氣體為He氣體。 4·如申請專利範圍第3項之電㈣刻方法，其中導入 前述處理室内之&氣體之量，係相對於前述姓刻氣 體之總流量為30%以上。 5·如申請專利範圍第4項之電漿钱刻方法，其中前述 處理室之内壁為絕緣性材料構成者。 6·如申請專利範圍第5項之電漿飯刻方法，其中前述 絕緣性材料為石英、氧化鋁、經耐酸鋁加工之鋁母 材、氧化紀或碳化石夕、氮化銘。 7·如申請專利範圍第2項之電漿蝕刻方法，其中前述 蝕刻氣體更含有α2氣體。 8·如申請專利範圍第7項之電漿蝕刻方法，其中導入 珂逑處理室内之〇2氣體之量，係相對於前述蝕刻氣 體之總流量為10%以下。 24 200524037 9·如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中前述 氟化合物氣體為SF6氣體或ΝΑ氣體，並且係對^ 述蝕刻氣體施加頻率27ΜΗζ以上之電力使其♦將 10·如申請專利範圍第9項之電漿钱刻方法，其中前述 稀有氣體為He氣體，且導入前述處理室内之取氣 體之ϊ，係相對於前述蝕刻氣體之總流量為8〇%以 上。 u•如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中前述 1〇 蝕刻氣體更含有聚合物生成氣體，且前述氟化合物 氣體為SF6氣體。 12·如申請專利範圍第u項之電漿蝕刻方法，其中前述 聚合物生成氣體為氣體、CHF3氣體、C5F8氣 體、及qF6氣體其中任一者。 15 13·如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中前述 氟化合物氣體為SF6氣體，並且係對前述蝕刻氣體 施加頻率500kHz之電力使其電漿化。 14·如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，係使用含 有〇2氣體、CO氣體或c〇2氣體且以SF6氣體作為 2〇 ^ 氟化合物氣體之蝕刻氣體來蝕刻前述被處理體之 後’再使用含有聚合物生成氣體且以SF6氣體作為 就化合物氣體之蝕刻氣體來蝕刻前述被處理體。 15·如申請專利範圍第i項之電漿蝕刻方法，其中前述 氟化合物氣體為CF4氣體。 25 200524037 16·如申請專利範圍第15項之電漿蝕刻方法，苴 稀有氣體為Ar氣體。 17·如申請專利範圍第16項之電漿蝕刻方法，其尹導入 前述處理室内2Ar氣體之量，係相對於前述蝕刻氣 體之總流量為50%〜90%。 18·如申請專利範圍第〗項之電漿蝕刻方法，其中係藉 ICP法使前述蝕刻氣體電漿化。 19· 一種蝕刻裝置，係用以蝕刻矽基板者， 且該蝕刻裝置是使用申請專利範圍第1項之電 漿蝕刻方法以於前述矽基板形成溝槽者。 26