JP2000514600A - 半導体ウェーハーをエッチングするための方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高密度ＤＲＡＭ及びＦＲＡＭに要求される垂直側壁（２０）を作るために、２段階の物理的エッチング処理及び化学的エッチング処理を用いて半導体ウェーハー（４０）をエッチングするための方法と装置（６）を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 半導体ウェーハーをエッチングするための方法及びその装置 本発明は、１９９６年７月３日出願の出願番号第０８／６７５，５５９号、 及び１９９６年７月３日出願の出願番号第０８／６７５，０９３号の一部継続出 願である。 クロスリファレンス 下記の米国特許出願は、全てティーガル社の所有するものであるが、ここに引 用し、参考資料として挙げる。 １．発明の名称：総合的半導体ウェーハー処理システム 発明者： ステファン Ｐ．デオルネラ 出願番号： ０８／４３８，２６１ 出願日： １９９５年５月１０日 整理番号： ＴＥＧＬ １００３ ＳＲＭ ２．発明の名称：プラズマエッチング反応室及びその方法 発明者： ステファン Ｐ．デオルネラ レズリィ Ｇ．ジェルド アルフレッド コファ ロバート Ｃ．ベイル カート Ａ．オルソン 出願番号： ０８／６７５，５５９ 出願日： １９９６年７月３日 整理番号： ＴＥＧＬ １００８ ＳＲＭ ３．発明の名称：エマージングフィルムのためのプラズマエッチング反応室及び その方法 発明者： ステファン Ｐ．デオルネラ アルフレッド コファ ロバート Ｃ．ベイル 出願番号： ０８／６７５，０９３ 出願日： １９９６年７月３日 整理番号： ＴＥＧＬ １００９ ＳＲＭ 発明の分野 本発明は、改良されたプラズマエッチング反応室及びその方法に関する。 発明の背景 エマージングフィルムの新しいセットが、例えば高密度ダイナミック・ランダ ムアクセスメモリー（ＤＲＡＭ）、及び強誘電性ランダムアクセスメモリー（Ｆ ＲＡＭ）のような高密度半導体の開発に効果的に用いられている。これらの材料 は、メモリー基板上の個々の造形サイズの小型化を可能にし、高容量装置を提供 する。従って、外形制御技術の一層の強化が望まれている。 従来、所望の半導体造形壁外形を得るために数多くの技法が使われてきた。そ の技法の一つは、物理的エッチング法に分類されるイオンミリングである。この 技術では、イオンミルビームを使って、半導体装置上に必要とされる種々の構成 要素並びにトレースを残しながら、不要な半導体装置の層部分を物理的にスパッ タリングする。このような技法は必要とされる外形を作り出しはするが、イオン ミリング技法の欠点は、処理速度が遅く、必要とされる造形部から直立したベー ル又はフェンスを形成しがちなことである。 フォトレジスト材は、イオンミリング技法で作る出される必要な造形を保護し 且つ形作ることになる。フォトレジスト材が剥ぎ取られると、ベール又はフェン スは望ましくなく且つ除去の困難な構造物として残る。 半導体ウェーハーのフォトレジスト材で保護されていない層部分を除去するた めに使われているもう一つの方法は、化学的エッチングである。このような方法 は、例えばイオンミリング等よりも処理速度は速いが、イオンミリングで使える のと同じ外形制御を必ずしも利用できない。 従って、最新の半導体製品で使用されているエマージングフィルムを迅速且つ 正確に処理するエッチング処理法並びにその装置を提供する必要がある。 発明の概要 本発明は、独特のエッチング問題を提起するエマージングフィルムを処理する ために設計された方法及び技術を含んでいる。そのような新しいフィルムには、 例えば、現在高密度ＤＲＡＭ装置の開発に使用されているプラチナ及びチタン酸 バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）や、現在不揮発性ＦＲＡＭ装置の開発に使用 されているプラチナ及びチタン酸鉛ジルコニウム（ＰＺＴ）又はタンタル酸ビス マスストロンチウム（Ｙ−１）が含まれている。これらの新しいフィルムの中で ＢＳＴ、ＰＺＴ、Ｙ−１は、例えば、更なる高密度、細線図形装置の開発を可能 とする高い誘電率を有している。造形密度を更に上げるためには、垂直方向外形 を更に正確にする必要がある。 本発明は、高度に選択的で、且つ下層又は他のウェーハー材への損傷を最小に し、そして非均一領域に亘って均一に実行される異方性外形（即ち、直線垂直側 壁）を形成する結果となる、限界エッチングを行うことに向けられている。 従って、本発明は、高度に有益な垂直側壁外形を有するウェーハー造形を得る ための、ウェーハーの物理的エッチング及び次に化学的エッチングを可能とする 装置及び方法を提供する。本発明は、例えばイオンミリングのような物理的エッ チングを先ず強化し、次に化学的エッチングを強化する連続体上で作動する方法 及び装置を提供する。 このような技法は、処理のイオンミリングの部分が必要とされる垂直外形を作 り出すが同時に望ましくないベールも作るという、比類無く反直観的なものであ る。しかし、好都合にも、本発明は化学的エッチングが連続して行われるので、 このベールを十分に除去することができる。従って、その後、半導体ウェーハー は、必要とされる造形、構造、密度、外形を得るために、上記米国特許出願番号 第０８／４３８，２６１で述べられている独特のリンス−ストリップ−リンス法 のような他の方法で処理することができる。このように、化学的エッチング処理 が済んだ後で、ウェーハーは、ストリッピング又はアッシィング段階でのフォト レジスト材の剥ぎ取りと、それに続く残留物除去のための半導体ウェーハーのス トリップ後洗浄の前に、可溶性残留物を除去するために洗浄される。 この方法は半導体ウェーハーが置かれた場所に隣接して電極を配置した小室の 中で行われる。電極には、メガヘルツ領域で作動する第１電源と、キロヘルツ領 域で作動する第２電源とが備えられている。本方法の第１部の間は、両電源とも イオンミリング技法を強化するために作動可能である。化学的エッチング主体と なる本方法の第２部の間は、キロヘルツ領域で作動する第２電源はスイッチが切 られ、イオンミリングの影響が大幅に低減される。 本発明のもう一つの態様では、３電源小室が用いられ、底部電極がウェーハー に隣接して配置され上記のように２電源から電力が供給される。側辺電極は接地 されているか又は浮動性であり、ウェーハーから離れてその上に固定されている 上部電極は接地されているか又は浮動性であってもよい。 本発明のその他の特徴、目的、利点は明細書、請求の範囲、図面を見れば理解 できるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、フォトレジストが付いている状態でのベール又はフェンスを示す、イ オンミリング技法を使った半導体ウェーハー造形の顕微鏡写真である。 図２は、フォトレジスト材が除去された状態での、イオンミリング処理後に残 っているベール又はフェンスの詳細を示す、もう一つの半導体造形の顕微鏡写真 である。 図３は、フォトレジストがまだ付いている状態での、図２に見られるような造 形の概略表示である。 図４は、典型的化学エッチング処理後の、フォトレジストを含む半導体造形の 顕微鏡写真である。 図５は、フォトレジストがまだ付いている状態での、図４に見られるような造 形の概略表示である。 図６は、本発明のエッチング装置の実施例の概略表示である。 図７は、本発明の進歩的な物理的及び化学的エッチング段階が実行された後の 半導体チップの造形の顕微鏡写真である。 図８は、フォトレジスト材及び残留物を除去するためにアッシング又はストリ ッピング段階が実行された後の図７の造形の顕微鏡写真である。 図９は、適切な垂直方向の外形を備えた、最終的に必要とされる造形を輪郭付 けるために、リンス段階が実行された後の図８の半導体の顕微鏡写真である。 図１０は、フォトレジスト材がまだ付いている状態での、図７に示す半導体造 形の概略表示である。 図１１は、化学エッチング段階での塩素流量に対する残余ベール高さの関係を 表すグラフである。 図１２は、電力が供給されるＲＦ周波数に対するイオンエネルギー及びイオン 密度の関係を表すグラフである。 図１３は、ウェーハー処理装置の平面図である。 好適な実施例の詳細な説明 上に示したように、密集した造形地形図を備えた細線幾何学を有する、新しい エマージング高密度ＤＲＡＭ及びＦＲＡＭにとって、外形を改善することは重要 なことである。造形の密度はピッチで測ることができ、ピッチは造形の幅と造形 間の間隙の幅との和で定義される。典型的には、高密度造形は２．０ミクロン以 下の、好ましくは０．５ミクロン以下のピッチを有している。そのようなピッチ の造形は、本発明を用いれば、そして、誘電フィルムの誘電率が２００以上の範 囲、代表的には２００乃至１４００となるチタン酸鉛ジルコニウム（ＰＺＴ）、 チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸ビスマスストロンチウ ム（Ｙ−１）のような高誘電性、エマージングフィルムを用いれば可能となる。 そのような高密度エマージング半導体構造は、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム （Ｉｒ）、２酸化イリジウム（ＩｒＯ2）、チタン酸鉛ジルコニウム（ＰＺＴ） 、ルテニウム（Ｒｕ）、２酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）、チタン酸バリウムスト ロンチウム（ＢＳＴ）、タンタル酸ビスマスストロンチウム（Ｙ−１）、及びそ の他のエマージングフィルムのような材料を使っている。高密度造形に対しては 、必要な高容量値を確立するために、両電極を、例えば、その間にＰＺＴ（誘電 率約１４００）又はＢＳＴ又はＹ−１を蒸着させたプラチナで構成することがで き る。そのような高容量の造形を狭い空間に作り出す能力の利点を最大限に利用す るには、外形が７０°乃至８５°、できるだけ直角に近く、側壁に残留物がない ことが重要である。 図１，２，３は、半導体ウェーハーの造形の顕微鏡写真と概略図であり、垂直 側壁から側壁ベール又はフェンスが上向きに伸びているところが示されている。 これらのベール２０（図３）は、スパッタリングがエッチング処理の主体となる イオンミリング処理によって発生する。フォトレジスト２２で保護されていない 領域からスパッタータリングされた物質は前記ベール２０として堆積する。図３ に見られるように、このベール２０はフォトレジスト材２２を覆う傾向にある。 フォトレジスト材が剥ぎ取られるとベールは図２に示すように残る。これらのベ ールは、図３に示すようにチタン２６の層上に蒸着されていたプラチナ層２４か らのプラチナにより構成されている。このベールはスパッタリングされたプラチ ナが再度堆積したものであり、エッチング処理の際に含まれる２酸化シリコン、 炭素、ハロゲン及び他の物質を含んでいる可能性がある。このベールは更に、例 として挙げるとすればＩｒ、ＩｒＯ2、ＰＴＺ、Ｒｕ、ＲｕＯ2、ＢＳＴ，Ｙ−１ のような、半導体ウェーハー内に含まれる他のフィルム及び層からの物質を含ん でいることもある。イオンミリングによって発生するベールはピッチが０．５ミ クロン以下の小ピッチパターンで出来やすく、それ故、上記処理はエマージング 高密度ＤＲＡＭ及びＦＲＡＭ装置に対して最も効果的である。この作用の利点は 作り出される側壁が垂直方向に７０°乃至８５°或いはそれ以上であることであ る。 図４及び５は化学的エッチング処理によって作り出された半導体造形の外形で ある。図５から分かるように、プラチナ造形３０の側壁２８は外形が貧弱で、先 に触れた進化した半導体装置に必要な密集パターンには適していない。化学的エ ッチングでは側壁外形は４０°乃至５０°である。図４，５では共に、フォトレ ジスト材３２はプラチナ層３０の上にあり、まだ除去されてはいない。 本発明は、図１０に示すような外形を持った半導体造形を作り出すための、物 理的エッチング（イオンミリング）と化学的エッチング両方の長所を利用する連 続エッチング工程を提供する。本発明には図６に示すエッチング装置（３電極反 応室）３４が含まれている。エッチング装置３４はハウジング３６とエッチング 室３８を含んでいる。ウェーハー４０は底部電極４２上に置かれる。エッチング 室３８は更に、側辺電極４４と上部電極４６とを含んでいる。ある好適な実施例 では、側辺電極４４は接地していてもよいし、室３８内に展開されるプラズマの 結果として浮遊電位を形成してもよい。上部電極４６は通常接地される。典型的 な作動状態では、側辺電極４４と上部電極４６は、図６に示すように、共に接地 されている。 好ましくは２つの電源、即ち第１電源４８及び第２電源５０が、マッチングネ ットワークとコンバイナを含む適当な回路５２を経由して底部電極４２に接続さ れている。又、制御装置５４が第１及び第２ＡＣ電源４８，５０のシーケンスの 制御を行う。通常、第１電源はキロヘルツの範囲で作動し、約４５０ＫＨｚで供 給されるのが最適であり、通常は５００ＫＨｚ以下の範囲で供給される。第２電 源はメガヘルツの範囲で作動し、通常は約１３．５６ＭＨｚで作動するが、約１ ＭＨｚ以上の他の周波数、１３．５６ＭＨｚの倍数でも本発明では使うことがで きる。図１２から分かるように、イオンエネルギーはキロヘルツ範囲に向かって 増加し、イオン密度はメガヘルツ範囲に向かって増加する。この特性は、以下に 説明するように、本発明の作動において重要なことである。 上に示したように、本発明は、物理的エッチング（イオンミリング）を主体と するところから出発して化学的エッチングを主体とするところへと続くエッチン グの連続体を提供する。このような手順は、処理の最初の部分が、図３に示すよ うな側壁ベールを作り出す結果となる物理的エッチングを必要とするので、極め て自然に反直観的である。処理が終点に対しある範囲にあるか又は終点にあるこ とが計測されて物理的エッチングの最初の段階が完了すると、処理工程は、異な る電力入力下で異なる気体管理体制を導入して化学的エッチングの第２の段階に 変換される。第２の段階は側壁外形を維持しながらベールをエッチング除去する のに効果的であるので、図７及び１０に示すような半導体造形が確立される。図 １０では、プラチナ層７０は実質的に垂直な側壁を有しており、プラチナ層７０ とフォトレジスト層７２には実質的にベールが付いていない。好ましくは、化学 的エッチング工程に続いて、半導体ウェーハーはフォトレジストのストリッピン グ工程の前に洗浄されるので、水溶性塩化物のような水溶性化合物はフォトレジ ストストリッピング又はアッシング工程の前に洗い落とすことが出来る。フォト レジストストリッピング工程の後、剥ぎ取り後溶剤洗浄工程が実行される。これ らの段階は図７，８，９に示されており以下に議論する。これらの段階は、所有 権のあるリンス−ストリップ−リンス工程に向けられ且つここに参考文献として 挙げられている、先に触れた「総合的半導体ウェーハー処理システム」と題する 特許出願の中でも議論されている。 好適な工程においては、最初の物理的エッチングの間に、化学的エッチングも 行われており、化学的エッチング主体の第２段階の間に、物理的エッチング即ち イオンミリングも又行われていることを理解しておかねばならない。 例を挙げると、この進歩的方法のための手順においては、イオンミリングはア ルゴンを使って行われ、化学的エッチングは塩素を使って行われる。第１の好適 な方法では、物理的エッチング（イオンミリング）の段階の間は、アルゴンが約 １０ＳＣＣＭ（立方センチメーター毎分）から約５０ＳＣＣＭ、好ましくは約２ ０ＳＣＣＭで室３８（図６）に供給され、塩素が約２ＳＣＣＭから約５０ＳＣＣ Ｍ、好ましくは約５ＳＣＣＭから約１０ＳＣＣＭの範囲で前記室に供給される。 物理的エッチングの間の室内の圧力は、温度約８０°で、約２から１０ミリトー ル、好ましくは約５ミリトールに保たれる。好ましくは、第１電源４８は、電力 範囲約５０ワットから約２００ワットで、約４５０ＫＨｚで作動する。第２電源 ５０は、電力範囲約５００ワットから約１１００ワットで、約１３．５６ＭＨｚ で作動する。一般的には、物理的エッチング工程は最終点までの約３分の２から １００％までの期間作動する。プラチナが厚さ１０００オングストロームである プラチナ構造に関する光学的終点は、６"から８"の範囲にあるウェーハーに対し ては約７０秒である。プラチナが厚さ２０００オングストロームである構造に関 する光学的終点は、６"から８"の範囲にあるウェーハーに対しては約１５０秒で ある。最終点を時間計測に用いる場合、試験的な物理的エッチング処理は最終点 に到達するまで行われる。その後、生産段階での時間は試験的な実施で求められ た終点時間のある割合に基づいて決められる。替わりに、物理的エッチング工程 のタイミングは終点を求めずに得ることもできる。例えば、フィルムを貫い てエッチングするのに必要な時間は求めることができ、それからその時間のある 割合、例として挙げれば、その時間の約３分の２からほぼ１００％、を物理的エ ッチング段階のために使うことができる。 最終点又は最終点のあるパーセントに到達すると、工程は化学的エッチング主 体の処理にシフトされる。この状況下では、アルゴンは約２０ＳＣＣＭに維持す るのが好ましく、塩素流量を約１５ＳＣＣＭに増やすのが好ましい。しかし、化 学的エッチングに対しては、アルゴンガスは約０ＳＣＣＭから約５０ＳＣＣＭ、 塩素ガスは約５ＳＣＣＭから１００ＳＣＣＭの流量を持つことが出来る。 図１１は、ＳＣＣＭで表した塩素流量に対する、オングストロームで表した最 終ベール高さの関係を示すグラフである。塩素流量が増えるに従ってベール高さ は減少し、グラフを見れば分かるように、流量が約１０ＳＣＣＭ以上になれば、 ベールは十分に攻撃されてサイズが小さくなる。図１１のグラフで６０と表示さ れている線は開放領域に面しているベールに関するものである。６２の線は約０ ．８ミクロンの間隔を持った造形のベールに関するである。６４の線は約０．３ ミクロンの間隔を持った造形のベールを表す。 化学的エッチング工程の間、圧力は約２ミリトールから約１０ミリトール、好 ましくは約２ミリトールに下げられる。キロヘルツ領域の第１電源４８は、イオ ンミリング効果を十分に下げるためにスイッチを切るのが望ましい。化学的エッ チングを行っている間は、第１電源は約０ワットから約５０ワットの範囲で作動 させることが出来る。図１２を見れば分かるように、イオンエネルギーを増加さ せてイオンミリング作用を駆動するのはキロヘルツ領域電力なのである。第２電 源３０は約１３．５６ＭＨｚに維持され、電力は約５００ワットから約１１００ ワットである。 ある好適な実施例では、この２段階工程の第２化学エッチング相に関しては、 化学エッチング処理は、イオンミリング処理の間に作られたベールを実質的に除 去するために、プラチナ厚さ１０００オングストローム及び２０００オングスト ロームの双方に対して、約４５秒から約１２０秒実施される。 金属又は導体のエッチングのためには、（１）アルゴン、塩素、（２）アルゴ ン、塩素、臭化水素（ＨＢｒ）、又は（３）アルゴン、塩素、カルボニルガス、 （４）上記化学物質の何れかと酸素（Ｏ2）、（５）ＳＦ6自身又は上記何れかの 化学物質と共に、（６）ＮＦ3自身又は上記何れかの化学物質と共に、及び、（ ７）過フッ化炭化水素（ＣｘＦｙ）自身又は上記何れかの化学物質と共に、を含 む化学物質が好ましい。酸化物又は誘電体をエッチングする際には、化学物質は （１）アルゴン、ＣＦ4、（２）アルゴン、ＣＦ4、塩素、（３）アルゴン、ＣＨ Ｆ3、塩素、（４）上記何れかと臭化水素（ＨＢｒ）の組み合わせ、（５）ＳＦ6 自身又は上記何れかの化学物質と共に、（６）ＮＦ3自身又は上記何れかの化学 物質と共に、（７）過フッ化炭化水素（ＣｘＦｙ）自身又は上記何れかの化学物 質と共に、及び、（８）アルゴンと塩素ガス、のような組み合わせを含むことが できる。 上記２段階の処理、即ち物理的エッチング、化学的エッチングの両方、の結果 は図７の顕微鏡写真に示す通りであり、フォトレジストは各造形の中央部で山型 をなし、ベールの残余物の幾分かがその各側部にある。この段階で半導体造形は 全ての可溶性化合物を除去するために洗浄される。洗浄の後、半導体ウェーハー は、フォトレジスト及びベールに関わる残留物を除去するためにストリッピング 又はアッシング処理に掛けられる（図８）。ストリッピング工程は湿式溶剤で行 われるのが望ましい。溶剤は残っているベール及びフォトレジストの両方を攻撃 する。ストリッピング工程の後、半導体ウェーハーは、それに続く洗浄工程に掛 けられ、図９に示すような造形となる。 先に述べたように、リンス−ストリップ−リンス工程は、例えば図１３に示す 装置で行うこともできる。図１３のシステムは、真空負荷ロック室１１６、整列 モジュール１１８、２つのエッチングモジュール１２０、１２２、ストリップモ ジュール１２４を含んでおり、これらは全ては閉鎖可能な開口を通して中央真空 室１２６と接続されており、コンピューター処理制御システム（図示せず）によ り操作されている。負荷ロック室１１６はウェーハーカセットを保持するための 内部カセットエレベーターを備えている（カセット入口）。真空室１２６は、ウ ェーハーを１つの室又はモジュールから他の室又はモジュールへ移動させるため のウェーハー搬送ロボットシステムを持っている。ストリップモジュール１２４ は閉鎖可能開口１２７を通して大気ウェーハー搬送ロボットシステム１３２と繋 がっており、これは今度は洗浄モジュール１２５及び大気カセットモジュール１ ３４（カセット出口）と接続されている。使用されている代表的洗浄モジュール の例はセミツールイクイノックス洗浄システムが挙げられる。大気ウェーハー搬 送ロボットシステム１３２は、処理完了後のウェーハーを保持している大気カセ ットモジュール１３４のために働く。更に、第２ウェーハー搬送ロボットシステ ム１３２は、ストリップモジュール１２４と洗浄モジュール１２５の間でウェー ハーを移動させる。洗浄処理の間、洗浄モジュール１２５と搬送ロボットシステ ム１３２は、ストリップモジュール１２４が剥ぎ取りのために必要なウェーハー の整列度合いを維持するように設計されている。本発明の工程は自動化されてお り、コンピューティングシステムを通してプログラム可能である。 作動する場合、ウェーハーはエッチングモジュール１２０、１２２の何れかで エッチングされた後、ロボットアーム１３２によりストリップモジュール１２４ 経由で洗浄モジュール１２５へ搬送され、そこで第１洗浄が行われる。洗浄後、 ロボットアーム１３２はウェーハーをストリップモジュール１２４へと戻し、そ こでフォトレジストが剥ぎ取られる。剥ぎ取り後、ウェーハーはロボットアーム １３２により洗浄モジュール１２５へ再搬送され、最終洗浄が行われる。 本発明はフォトレジスト付きの合成構造のもの同様に、ハードマスク（酸化物 等）のものにも使用できることは理解頂けるであろう。本発明は、ここに特定し たエマージングフィルムに加えて広範囲なフィルムにも利用することができる。 上記に特定した反応室以外の反応室についても本方法が利用できることは理解 頂けるであろう。例として挙げれば、本発明は誘導結合プラズマソース反応室（ ＩＣＰ）と共に使うこともできる。誘導結合プラズマソースは、例を挙げればヘ リコン反応室及びヘリカル反応室を含んでいてもよい。上記３電極反応室は容量 結合反応室である。又、本方法は誘電結合され且つ容量結合されている反応室で 使うこともできる。ＥＣＲｓ、即ち電子サイクロトロン共鳴反応室の様な他の反 応室を本発明と共に使うこともできる。 工業適用性 以上のことより、本進歩的装置及び方法は、高密度パターンのために必要とさ れる垂直外形をエマージングＤＲＡＭ及びＦＲＡＭに要求される半導体ウェーハ ー上に作り出すために、第１の物理的エッチング段階と第２の化学的エッチング 段階を含むエッチング処理工程を提供していることが分かる。本進歩的装置及び 方法は垂直壁を確立し、次にベールを除去することを可能とする。本装置及び方 法は、最新の高密度半導体製品に要求される新エマージングフィルムを取り扱う ことができる。 本発明のこの他の特徴、態様、目的は図面及び請求の範囲を参照すれば明らか になるであろう。 本発明では他の実施例を展開することもでき、それは本発明の精神と範囲並び に請求項に含まれることも理解頂けるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０８／７４２，８６１ (32)優先日 平成８年11月１日(1996．11．1) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ (72)発明者 ラジョラ パリトシュ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94954 ペタルーマ セクオイア ドライ ヴ 1617

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも実質的に垂直な側壁外形を有するウェーハー造形を得るために、 ウェーハーを物理的にエッチングする段階と、次に化学的にエッチングする段 階とから成ることを特徴とするウェーハーをエッチングする方法。 ２．前記物理的にエッチングし次に化学的にエッチングする段階が、残余物の少 ない実質的に垂直な側壁を提供することを特徴とする、上記請求項１に記載の 方法。 ３．前記ウェーハーを物理的にエッチングする段階が、約１０ＳＣＣＭから約５ ０ＳＣＣＭでアルゴンガスを、約２ＳＣＣＭから約５０ＳＣＣＭで塩素ガスを 使用することを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。 ４．前記ウェーハーを物理的にエッチングする段階が、約２ミリトールから約１ ０ミリトールで行われることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。 ５．前記物理的にエッチングする段階が、約４５０ＫＨｚでの電力及び約１３． ５６ＭＨｚでの電力を供給される電極に隣接して配置されたウェーハーを入れ た室内で行われることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。 ６．前記物理的にエッチングする段階が、約５００ＫＨｚ以下で第１電源を、そ して約１ＭＨｚ以上で第２電源を備えた電極に隣接して配置されたウェーハー を入れた室内で行われることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。 ７．前記物理的にエッチングする段階が、キロヘルツ領域で作動する第１電源と メガヘルツ領域で作動する第２電源を備えた電極上に配置されたウェーハーを 入れた室内で行われることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。 ８．前記第１電源が約５０ワットから約２００ワットの範囲の電力を供給し、前 記第２電源が約５００ワットから約１１００ワットの範囲の電力を供給するこ とを特徴とする、上記請求項７に記載の方法。 ９．前記電極は底部電極であり、前記方法は、底部電極の端部に隣接して配置さ れた側辺電極と、底部電極上に間隔を置いて設けられた上部電極とを更に有す る室内で実行され、前記側辺電極は接地されているか又は電気的に浮遊してい るかであり、前記上部電極は接地されているか又は電気的に浮遊しているかで あることを特徴とする、上記請求項７に記載の方法。 10．前記物理的エッチングの段階が約８０℃で行われることを特徴とする、上記 請求項１に記載の方法。 11．前記物理的エッチングの段階が最終点検知時間の約３分の２からほぼ最終点 検知時間の間で実行されることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。 12．前記ウェーハーをエッチングする段階が、約０ＳＣＣＭから約５０ＳＣＣＭ でアルゴンガスを、そして約５ＳＣＣＭから約１００ＳＣＣＭの範囲で塩素ガ スを使用することを特徴とする、上記請求項３に記載の方法。 13．前記ウェーハーを化学的にエッチングする段階が約２ミリトールから約１０ ミリトールで行われることを特徴とする、上記請求項４に記載の方法。 14．前記化学的エッチングの段階が、キロヘルツ領域で作動する第１電力源から のほぼ０から約５０ワットの電力と、メガヘルツ領域で作動する第２電源から の電力とを供給される電極により行われることを特徴とする、上記請求項７に 記載の方法。 15．前記化学的エッチングの段階の間、前記第２電源が約５００ワットから約１ １００ワットの範囲の電力を供給することを特徴とする、上記請求項１４に記 載の方法。 16．前記化学的エッチングの段階の間、物理的エッチングの影響を低減するため に、キロヘルツ領域で作動する前記第１電源のスイッチが切られることを特徴 とする、上記請求項７に記載の方法。 17．約１０００オングストローム厚さのプラチナの層に対しては前記物理的エッ チングの段階が約７０秒を要し、前記化学的エッチング段階が約６０秒から約 １２０秒を要し、約２０００オングストローム厚さのプラチナの層に対しては 前記物理的エッチングの段階が約１５０秒を要し、前記化学的エッチング段階 が約６０から約１２０秒を要することを特徴とする、上記請求項１に記載の方 法。 18．金属層に対しては、物理的エッチング及び化学的エッチングが、（１）アル ゴン、塩素ガス、（２）アルゴン、塩素、臭化水素ガス、（３）アルゴン、塩 素、カルボニルガス、（４）上記何れかと酸素（Ｏ2）、（５）ＳＦ6それ自身 又は上記何れかと共に、（６）ＮＦ3それ自身又は上記何れかの化学物質と共 に、（７）過フッ化炭化水素（ＣｘＦｙ）自身又は他の化学物質と共に、の内 の一つを使用することを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。 19．誘電体層に対しては、物理的エッチング及び化学的エッチングが（１）アル ゴン、ＣＦ4ガス、（２）アルゴン、ＣＦ4、塩素ガス、（３）アルゴン、ＣＨ Ｆ3、塩素ガス、（４）上記組み合わせの何れかと臭化水素ガス、（５）ＳＦ6 それ自身又は上記何れかと共に、（６）ＮＦ3それ自身又は上記何れかと共に 、（７）過フッ化炭化水素（ＣｘＦｙ）自身又は他の化学物質と共に、（８） アルゴン及び塩素ガス、の内の一つを使用することを特徴とする、上記請求項 １に記載の方法。 20．物理的エッチングの間にはキロヘルツ領域で第１電源そしてメガヘルツ領域 で第２電源を供給され、化学的エッチングの間にはメガヘルツ領域で電源を供 給される電極があることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。 21．イオンミリングを使ってウェーハーの造形上にベールを作る段階と、化学的 エッチングによりベールを除去する段階とから成ることを特徴とする方法。 22．プラチナ、イリジウム、酸化イリジウム、ルテニウム、酸化ルテニウム、タ ンタル酸ビスマスストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン 酸鉛ジルコニウムの内少なくとも１つを含む材料上で作り出す段階と除去する 段階とを実行する段階を含むことを特徴とする、上記請求項２１に記載の方法 。 23．高誘電材上で作り出す段階と除去する段階とを実行する段階を含むことを特 徴とする、上記請求項２１に記載の方法。 24．２００以上の誘電率を有する材料上で作り出す段階と除去する段階とを実行 する段階を含むことを特徴とする、上記請求項２１に記載の方法。 25．ウェーハーの造形上に実質的に垂直な側壁外形を作り、側壁ベールを作る段 階と、実質的に垂直な側壁外形を残しながらベールを除去する段階とから成る ことを特徴とするウェーハーをエッチングする方法。 26．上記段階が、約７０°以上の実質的に垂直な側壁外形を作るための段階であ ることを特徴とする、上記請求項２５に記載の方法。 27．上記作る段階が主に物理的エッチングを使って行われ、上記除去する段階が 主に化学的エッチングを使って行われることを特徴とする、上記請求項２５に 記載の方法。 28．ウェーハーの物理的エッチング及び化学的エッチングを基本的には物理的エ ッチング段階である段階と組み合わせて実行する段階と、続いて、ウェーハー の物理的エッチング及び化学的エッチングを基本的には化学的エッチング段階 である次の段階と組み合わせて実行する段階とから成ることを特徴とするウェ ーハーをエッチングする方法。 29．約２．０ミクロン以下、好ましくは０．５ミクロン以下のピッチを有する半 導体ウェーハー上で実行することを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。 30．約２．０ミクロン以下、好ましくは０．５ミクロン以下のピッチを有する細 線図形半導体装置上で実行することを特徴とする、上記請求項１に記載の方法 。 31．エッチング室と、第１電極と、第１電極に選択的に接続可能なキロヘルツ領 域で作動する第１電源と、第１電極に選択的に接続可能なメガヘルツ領域で作 動する第２電源と、第１電極から間隔を設けた第２電極と、第１電極に隣接し て配置可能な前記ウェーハーと、物理的エッチング工程の間には第１及び第２ 電源からの電力を第１電極に選択的に供給させ、それに続く化学的エッチング 工程の間には、キロヘルツ領域で作動する第１電源からの出力を低減しながら 、メガヘルツ領域で作動する第２電源からの電力を第１電極に選択的に供給さ せることのできる制御装置とを含むことを特徴とする半導体ウェーハーをエッ チングするための装置。 32．前記第２電極が接地されているか又は電気的に浮遊することのできる電極で あることを特徴とする、上記請求項３１に記載の装置。 33．前記第１電極の周辺付近で、前記第１及び第２電極の間に配置された側辺電 極を含み、前記側辺電極が接地されているか又は電気的に浮遊していることを 特徴とする、上記請求項３２に記載の装置。 34．前記物理的にウェーハーをエッチングする段階が、好ましくは約２０ＳＣＣ Ｍでアルゴンガスを、そして約５ＳＣＣＭから約１０ＳＣＣＭで塩素ガスを用 いることを特徴とする、上記請求項３に記載の方法。 35．前記物理的にウェーハーをエッチングする段階が好ましくは約５ミリトール で行われることを特徴とする、上記請求項４に記載の方法。 36．前記第１電源が好ましくは約１００ワットから約２００ワットの範囲で電力 を供給し、前記第２電源が約５００ワットから約７００ワットの範囲で電力を 供給することを特徴とする、上記請求項８に記載の方法。 37．前記化学的にウェーハーをエッチングする段階が、約０ＳＣＣＭから約５０ ＳＣＣＭでアルゴンガスを、そして約５ＳＣＣＭから約１００ＳＣＣＭで塩素 ガスを用いることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。 38．前記化学的にウェーハーをエッチングする段階が、好ましくは、約２０ＳＣ ＣＭでアルゴンガスを、そして約１０ＳＣＣＭから約１５ＳＣＣＭの範囲で塩 素ガスを用いることを特徴とする、上記請求項３に記載の方法。 39．前記化学的にウェーハーをエッチングする段階が、好ましくは、約２０ＳＣ ＣＭでアルゴンガスを、そして約１０ＳＣＣＭから約１５ＳＣＣＭの範囲で塩 素ガスを用いることを特徴とする、上記請求項３７に記載の方法。 40．前記化学的にウェーハーをエッチングする段階が好ましくは約２ミリトール で行われることを特徴とする、上記請求項１３に記載の方法。 41．前記化学的エッチングの段階が、キロヘルツ領域で作動する第１電源からの 電力がほぼ供給されていない電極で行われることを特徴とする、上記請求項１ ４に記載の方法。 42．前記物理的エッチングの段階が最終点検知時間のある割合の間実行されるこ とを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。 43．前記物理的エッチングの段階がフィルムを貫いてエッチングするのに必要な 時間のある割合の間実行されることを特徴とする、上記請求項１に記載の方法 。 44．（１）誘導結合高周波プラズマソース反応室、（２）電子サイクロトロン共 鳴反応室、（３）１つの電極に高周波数電源と低周波数電源が接続された３電 極反応室、の何れか１つで使用されることを特徴とする、上記請求項１に記載 の方法。 45．誘電結合され且つ容量結合されている反応室で使用されることを特徴とする 、上記請求項１に記載の方法。 46．（１）誘電結合反応室、（２）容量結合反応室、の何れか１つで使用される ことを特徴とする、上記請求項１に記載の方法。