JPH04181728A - ドライエッチング方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、半導体素子製造の１工程であるドライエツチ
ング工程に関し、特にドライエ・・ｌチングに於ける形
状、エツチング速度の改善を図るドライエツチング方法
に関するものである。

［従来の技術］ 半導体材料のシリコンウェーハにパターンを形成する方
法として、最上層にレジストマスクをバターニングした
ウェーハをプラズマエンチンクにより形成する方法があ
る。

従来、プラズマエツチング中に形成されたパターンの側
壁かエツチングされる（サイドエツチング）ことを防止
する為、プラズマ中で発生した付着性の強い粒子をパタ
ーンの側壁に付着させ、この付着りまた粒子によりエツ
チングが進行するのを防止していた。この従来のエツチ
ング方法は、側壁保護膜（サイドウオールフィルム）形
成による異方性エンチングと呼ばれている。

又、パターンｌｊＩ！Ｉ壁を保護する従来の他のエツチ
ング方法として、原理的に側壁部でエツチング反応が起
らない低温エツチング方法かある。

：発明か解決しようとする課題］ 近年増々回路の高集積化、高密度化が進み、加工寸法が
０．５μｍ以下となっているにの為、前述した前者の側
壁に保護膜を形成するグラズマエンチング方法では、寸
法か狭い而も深い講の側壁に粒子を付着させることにな
つ、粒子の付着効率か著しく低下する。これを補う為に
デポジション性（付着性）の強いガスの混合比率を増加
させなければならない。こめことは−エツチング速度を
低下させ、更に装置内壁にも付着することから、装置内
部の汚れが進む結果を招いている。

更に又、ｌＰＩ壁保壁膜護膜エンチンク完了後もパター
ンの側面に残り、この保護膜の材質がパターンを形成し
ている材料とは異なる為、汚染問題、塵埃発生問題、パ
ターンｒＫ食発生問題等の諸問題を起す原因になってい
る。これは、前者の従来例がエツチングオスと共に積極
的に混合するテポジション性ガスを必要とする方式その
ものに問題がある。

又、前述した従来例の後者では、原理的に側壁部でエツ
チング反応が起らないので、理想的ではあるか、処理温
度の絶対値かかなり低くなくてはならないこと、而も低
い温度で一定の温度範囲に安定さぜなけれはならないこ
と等があり、実用装置として後者を採用することか国数
である。

本発明は、側壁に保護膜を形成するプラズマエツチング
方法に係るものであり、エツチング速度の増大を図り、
而も装置内部の汚染、パターン側壁に残置した保ＭＷに
よる種々の弊害等を除去しようとするものである。

Ｕ課題を解決する為の手段コ 本発明は、プラズマ化しても付着性の強い解離物、或は
重合物を生成しない反応ガスを供給し、反応生成物再解
離により生じた被エツチング材料自身の元素を、形成す
るパターン側壁に付着させつつエツチングを行うことを
特徴とするものである。

Ｕ作　　用う １ラズマエツチング中、形成されるパターンの側壁には
、被エツチング材料自身の元素が再解離して付着し、パ
ターン側壁のサイドエツチングを防止し、且つ付着する
のか被エツチング材料自身の元素であるので、被エツチ
ング材料を汚染することがない。

「実　施　例コ 以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を説明する。

従来、エツチング速度を高くするとパターン側壁のエツ
チング（サイドエツチング）か速くなり、パターン側壁
の形状を垂直にできなくなるものと考えられていた。と
ころが、本発明者はエツチング速度を速くすると逆にパ
ターン側壁垂直形状が得られ易いことを発見しな、更に
、本発明者は、斯かる現象は、エツチング速度を著しく
高くすると、エツチング生成物自体が再解離し、被エツ
チング材料元素か再び被エツチング材料表面に付着する
効率が高くなることによるという事実を確認した。

而して、本発明は、パターン側壁に粒子か付着する現象
を利用してパターン成形に於ける形状制御を行うもので
あり、且付着させる粒子をエツチングされて生じた反応
生成物の再解離による被エツチング材料自身の元素とし
たものである。

本発明を実施する装置の基本的構成について第１図によ
り説明する。

１は気密に構成した真空搬送室であり、該真空搬送室１
には、大気中カセット室２、被エツチング材料（図示せ
ず）を装置内部に取り込むロード室３、被エツチング材
料（ウェーハ）をグラズマエッチングする第１プラズマ
発生室４、プラズマエツチング後腐食防止処理等の後処
理を行う第２プラズマ発生室５、処理後のウェーハを装
置内部から大気中のカセット室７へ取出すアンロード室
６がそれぞれ設けられ、又真空搬送室１内部には前記ア
ンロード室３と第１プラズマ発生室４間でウェーハの搬
送を行う第１搬送ｓＩＩ１ｇ及び第１プラズマ発生室４
、第２プラズマ発生室５、アンロード室６間でウェーハ
の搬送を行う第２搬送機構９が設けられている。

前記真空搬送室１、ロード室３、第１プラズマ発生室４
、第２プラズマ発生室５、アンロード室６はそれぞれ気
密な構造であって、各室の間にはガスの流れを遮断する
ゲートバルブ（図示せず）が設けである。

又、前記プラズマ発生室４，５でプラズマを発生させウ
ェーハをプラズマ処理可能である櫟に、プラズマ発生ｍ
ｓ、放電用ガス（反応ガス）導入系、ガス排気系、高周
波等電力供給源、ウェーハが載置されるウェーハ置台、
ウェーハの温度制御機構、プラズマの発生状態を監視す
る為の発光モニタ機構等が設けられている（いずれも図
示せず）。

前記第１プラズマ発生室４に設けられるプラズマ発生機
構には、マイクロ波或はマグネトロンによる放電手段、
狭い平行平板電極等のパワー密度の高くなる様にした高
周波（ＲＦ）電力によるものを選択する。

又、第１プラズマ発生室４に供給する反応ガスとしては
、プラズマにより、該反応ガスの分子か解離又は重合し
て試料表面に付着しないものであれば原理的にはよいが
、反応性が低く、エッチ速度を高くできないガスは適さ
ない６斯かるガスとしては、少なくとも炭素Ｃ或はシリ
コンＳｉ等を含まないガス分子であり、更にフッ素Ｆ或
は塩素Ｃ１を大量に発生するガスが望ましい。

又、前記温度制御機構は、再付着効率のよく、形状ＩＩ
御のし易い所定の温度にウェーハの温度を制御するもの
である。この適正な温度はエツチング材料、反応ガスの
種類、ガス圧、与えるイオンエネルギ等によって異なり
、これら適正な温度は、実験、実績等により予め求めて
おき、適宜プラズマエツチング条件に合せて設定する。

以下、具体例を説明する。

該具＃例ではシリコンウェーハ試料にホトレジストマス
クを形成し、シリコンＳｉをエツチングする場合を例と
する。尚、被エツチング材料はＳｉの場合だけを説明す
るが、多結晶シリコン（ＰｏｌｙＳｉ）、Ｗ−ＴｉＷ、
ＴｉＮ、ＷＳｉ　２、ＡＩであっても殆ど同じである。

上層のホトレジストは約１．５μｍ形成して２００’Ｃ
の熱処理を行い、この上層に塗布ガラスＳＯＧ系の膜を
０．１μｍ形成し、最上層にパターンニングしたレジス
トマスクを形成する。

この後塗布カラスＳＯＧ系の膜及び下層のレジストを予
めエツチングしてマスクパターンとする。

前記第１グラズマ発生室４の発生手段をマイクロ波電力
とし、イオンエネルギ制御の為に高周波（ＲＦ）電力を
ウェーハに印加できる様にする。マイクロ波電力は１０
０〜５０’ＯＷの範囲で変化できる様にし、イオンエネ
ルギー制御の為の試料に印加する高周波は２ＭＨｚでＯ
〜１０Ｗとする。

尚、高周波は８００ｋＨ２でも１３．５６ＭＨ２でもよ
いか、印加する周波数によって電力値が異なることは当
然である。前記ウェーハ置台を介してウェーハを冷却す
る櫟にし、該ウェーハ置台の冷却手段には液体窒素と加
熱し−タとの組合せで温度制御する方式、或は冷凍機と
加熱し−タとの組合せ方式を用いる。

前者は一１５０’Ｃから一１００°Ｃの温度調節に適し
ており、後者は一５０℃以上の温度調節に適している。

試料冷却時のウェーハ置台以外の真空容器内壁温度は常
温のままて・ある。

ＳｉのエツチングガスとしてＳＦ、、ガス、ガス圧力１
０ｍＴｏｒｒ、ウェーハ温度は約−１００℃を標準とし
たが、Ｗエツチングでは約−４０°Ｃでエツチング形状
及び速度、選択比等の工・ソチンク特性が優れている。

ウェーハを低温にし過き′ると、反応生成物の解離した
被エツチング材料元素の吸着効率か高くなり過ぎる現象
を生ずる。

エツチング結果の一例を第２図に示す。

ＳＦ６ガス圧力１０ｍＴｏｒｒ、ガス流量５０ｃｃ／ｍ
ｉｎ、試料温度−１００’Ｃの時、ＲＦバイアス電力が
ＯＷであるとマイクロ波電力が３００Ｗで垂直に近づく
か少しサイドエッチかあり、マイクロ波電力を４００Ｗ
まで高くすると解離した被エツチング材料元素か付着し
過きてマスクの外側へ広がるテーパになる。

一方、ＲＦバイアスを５Ｗ印加にするとマイクロ波電力
４００Ｗでほぼ垂直な形状か得らｈた。これはマイクロ
波電力が高くなると反応生成物ガスか再解離する効率か
高くなり側面に再付着することを示している。この時、
イオンのエネルギか低いほどエッチ速度に対して付着速
度が高くなり、マスクの外側へ広がるテーパになる。従
って、マスクの外側ヘテーパにならない櫟な遁したＲＦ
バイアス電力か存在する。

上記実施例に於いてマスクの外側へ広がるテーパになる
櫟な場合でも、装置内壁の汚れは従来に比べて極端に少
なくなった。

次に、第３図にはＳＦ６ガス圧力５ｍＴｏｒｒ、ＲＦバ
イアス電力ＱＷ、試料温度−１００℃の時のＳＦ６ガス
流量及びマイクロ波電力依存性を示した。

ＳＦ６ガスの流量か少ない時にはマイクロ波電力が低い
（２００Ｗ）ところで垂直形状か得られ、マイクロ波電
力か高い（４，ＯＯＷ　）ところでは、５０ＣＣ／ｌｉ
ｎ以下の流量で工・ｌチ速度が低くマスクの外側へ広が
るテーパになる。

この様にマイクロ波電力、ＲＦ電力、ガス流量等は、パ
ターン形状と密接な関係を有する。

即ちガス流量が少ない時には、反応生成物かプラズマ中
にガスとして混入し、その成分比が高くなるので再付着
効率か相対的に高くなり、ガス流量が高いと反応生成物
成分比が低くサイドエッチを起こす。而して、垂直形状
か得られるのは、エツチング速度かｌノｔｍ／ｌｉｎ以
上の時であり、低いエッチ速度の時には蓼著な結果は得
　　ノられない。

以上の如く、エツチングを行うと、パターン成形時の形
状制御をすることかできる６例えば、第２図に於いてＲ
ＦバイアスＯＷの時に、マイクロ波電力を３００Ｗと４
００Ｗにする櫟に、周期的に変化させると垂直形状を得
ることかてきる。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、エツチングガス成分か
らの側壁保護膜のような異種元素をパターン側壁に付着
させることなく、エッチ速度の高い条件で被エツチング
材料と同じ側！！保護膜によって形状制御ができるので
、汚染の少ないプロセスが横築できる。従って、歩留の
高い高精度半導体集積回路素子の加工に有効であると同
時に、スループットが高くなり生産性が向上する。更に
、ウェーハ、装置内部の汚れか極度に低減できることに
より装置内発塵量か低減され、信頼性を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するドライエ・ンチング装置の基
本構成図、第２図しジス１〜をマスクと下シリコンのエ
ツチング形状のマイクロ波及びＲＦ電力依存性を示す図
、第３図はレジストをマスクと下シリコンのエツチング
形状のＳＦ６ガス流量とマイクロ波電力依存性を示す図
である。 １は真空搬送室、２はカセフト室、３はロード室−４は
第１プラズマ発生室、５は第２プラズマ発生室、６はア
ンロード室、７はカセ・ント室、８は第１搬送機構、９
は第２搬送橘横を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）プラズマ化しても付着性の強い解離物、或は重合物
   を生成しない反応ガスを供給し、反応生成物再解離によ
   り生じた被エッチング材料自身の元素を、形成するパタ
   ーン側壁に付着させつつエッチングを行うことを特徴と
   するドライエッチング方法。 ２）プラズマ発生用供給電力を周期的に変化させて、電
   力の高い周期のときに再解離再付着効率を高くし、電力
   の低い周期では再付着効率が低くなる様にして、エッチ
   ング速度を高く、且つエッチング形状を垂直とする様に
   、前記各周期を設定する請求項第１項記載のエッチング
   方法。 ３）反応ガスとして少なくとも炭素元素を含まないガス
   を用いる請求項第１項記載のドライエッチング方法。 ４）垂直方向のエッチング反応は進行し、パターン側壁
   には再解離元素の付着効率が高くなる様、被エッチング
   材料の温度を制御する請求項第１項又は第２項記載のド
   ライエッチング方法。 ５）試料バイアス電流を制御し、エッチング形状を垂直
   にする様にした請求項第１項又は第２項記載のドライエ
   ッチング方法。 ６）反応ガス流量を制御し、エッチング形状を垂直にす
   る様にした請求項第１項又は第２項記載のドライエッチ
   ング方法。