JPH06314668A - プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置 - Google Patents

プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置

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JPH06314668A
JPH06314668A JP5104506A JP10450693A JPH06314668A JP H06314668 A JPH06314668 A JP H06314668A JP 5104506 A JP5104506 A JP 5104506A JP 10450693 A JP10450693 A JP 10450693A JP H06314668 A JPH06314668 A JP H06314668A
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plasma
plasma etching
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裕之 小栗
Teruo Yokoyama
照夫 横山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマエッチング方法及びプラズマエッチ
ング装置に関し、簡単なプロセスにより短時間で、積層
膜の目的とする層まで均一にエッチングすることができ
るプラズマエッチング方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 少なくとも２種類の物質の層からなる積層膜
をエッチングするプラズマエッチング方法において、エ
ッチングを停止しようとする層の直上の層に到達するま
では、前記の少なくとも２種類の物質を等速的にエッチ
ングするエッチングガスを使用し、エッチングを停止し
ようとする層の直上の層からは、エッチングガスにエッ
チングを停止しようとする層のエッチング速度を低下さ
せる添加ガスを添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマエッチング方
法及びプラズマエッチング装置に関する。
【０００２】半導体装置の量産にあたっては、高歩留り
が求められるが、それにはエッチング速度の再現性及び
半導体ウェーハ面内におけるエッチング速度の均一性の
向上を図ることが必要である。
【０００３】
【従来の技術】複数の種類の物質の層からなる積層膜を
垂直方向にエッチングする場合に、第１の方法として複
数の種類の物質を等速的にエッチングするエッチングガ
ス及びエッチング条件を使用してエッチングする方法が
知られている。この場合のエッチング深さは、予め測定
されたエッチング速度とエッチング厚さとから求められ
るエッチング時間によって制御される。
【０００４】第２の方法として、異なる物質の層のそれ
ぞれに対して異なるエッチングガスを使用し、そのエッ
チングガスは他の物質の層に対してはエッチング速度が
遅い特性を有するものを使用して、一層ごとにガスを切
り換えてエッチングする方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特に、枚葉式エッチン
グ方式の場合、プラズマが発生してから実際にエッチン
グが開始するまでの時間が不安定であり、ウェーハ面内
におけるエッチング速度のばらつきが屡々発生する。そ
のため、第１の方法においては、エッチングを停止しよ
うとする層までウェーハ面内で均一にエッチングするこ
とは困難である。
【０００６】第２の方法は、エッチングを停止しようと
する層までウェーハ面内で均一にエッチングすることが
できるが、ガス切り換え操作が複雑であり、エッチング
時間が長くなる。
【０００７】本発明の目的は、これらの欠点を解消する
ことにあり、簡単なプロセスにより短時間で、積層膜の
目的とする層まで均一にエッチングすることができるプ
ラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置を提
供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的のうち、プラ
ズマエッチング方法は、少なくとも２種類の物質の層か
らなる積層膜をエッチングするプラズマエッチング方法
において、エッチングを停止しようとする層の直上の層
に到達するまでは、前記の少なくとも２種類の物質を等
速的にエッチングするエッチングガスを使用し、前記の
エッチングを停止しようとする層の直上の層からは、前
記のエッチングガスに前記のエッチングを停止しようと
する層のエッチング速度を低下させる添加ガスを添加す
ることによって達成される。なお、前記のエッチングを
停止しようとする層はアルミニウムまたはインジュウム
を含む化合物半導体よりなり、前記のエッチングを停止
しようとする層の直上の層はアルミニウムまたはインジ
ュウムを含まない化合物半導体よりなっていればよく、
それぞれの化合物半導体について例示すれば前記のアル
ミニウムまたはインジュウムを含む化合物半導体はＡｌ
ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＰであり、
前記のアルミニウムまたはインジュウムを含まない化合
物半導体はＧａＡｓである。そして、前記のエッチング
ガスは四塩化炭素及び四塩化シリコンのうちの１つまた
はそれらの混合ガスであり、前記の添加ガスは四フッ化
炭素、クロロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオ
ロカーボン、ハイドロフルオロカーボン及びフッ素を含
むハロンのうちの１つまたはそれらの混合ガスであり、
前記のクロロフルオロカーボンにはＣＣｌＦ3 、ＣＣｌ
2 Ｆ2 、ＣＣｌ3 Ｆを含み、前記のハイドロクロロフル
オロカーボンにはＣＨＣｌＦ2 、ＣＨＣｌ2 Ｆ、ＣＨ2
ＣｌＦを含み、前記のハイドロフルオロカーボンには、
ＣＨＦ3 、ＣＨ3 Ｆを含むものとする。なお、前記の添
加ガスを加える時点はエンドポイントモニタで検出する
ことが好ましい。
【０００９】前記の目的のうち、プラズマエッチング装
置は、エッチングガスに電界を印加してプラズマを発生
し、このプラズマを使用してエッチングをなすプラズマ
エッチング装置において、前記のプラズマの発光強度の
変化を監視するエンドポイントモニタ（１０）と、この
エンドポイントモニタ（１０）の発光強度の変化回数を
カウントするパルスカウンター（１１）と、このパルス
カウンター（１１）のカウントパルス数に対応して添加
ガスを前記のエッチングガスに添加する添加ガス供給手
段（１２）とが設けられることによって達成される。
【００１０】
【作用】エッチングがエッチングを停止しようとする層
の直上の層に到達するまでは、積層膜を構成するすべて
の物質に対して等速的にエッチングするエッチングガス
及びエッチング条件を使用してエッチングするので、ガ
ス切り換えが不要となりエッチング時間が短くなる。
【００１１】次いで、エッチングを停止しようとする層
の直上の層からは、エッチングを停止しようとする層の
エッチング速度が低下するような添加ガスをエッチング
ガスに添加してエッチングすることによって、それまで
面内でエッチング深さにばらつきが存在していても、す
べての領域でエッチングを停止しようとする層にエッチ
ングが到達した時点で実質的にエッチングが停止するの
で、ウェーハ面内で均一に正確にエッチングすることが
可能である。
【００１２】したがって、本発明の方法を使用すれば、
異なる物質の層からなる積層膜をエッチングガスを切り
換えることなく簡単なプロセス手順により短時間で、所
望の層まで正確に、均一にエッチングすることができ
る。
【００１３】また、本発明の方法は、図５に示すように
基板上に形成された異なる物質の二つの層Ａ、Ｂからな
る積層膜は勿論、図６に示すように３種類以上の異なる
物質の層からなる積層膜、または、図７に示すように２
種類以上の異なる物質の層が繰り返し複数層積層されて
いる積層膜にも適用可能であることは言うまでもない。
【００１４】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
係るプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装
置について説明する。
【００１５】（Ａ）プラズマエッチング方法について 図２参照 図２に示すように、ＧａＡｓ基板１上にＡｌＧａＡｓ層
とＧａＡｓ層とが交互に積層された積層膜を例にして、
本発明に係るプラズマエッチング方法について説明す
る。
【００１６】図３参照 図３に、ＳｉＣｌ4 ガスにＳＦ6 ガスを混合した場合の
ＳＦ6 ガスの混合比とＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓのエ
ッチング速度との関係を示す。この場合のプラズマエッ
チング室の圧力は４Ｐａとし、電極のセルフバイアス電
圧ＶDCはＤＣ１００Ｖとする。
【００１７】このグラフから明らかなように、ＳＦ6 ガ
スを混合しない場合のＧａＡｓとＡｌＧａＡｓのエッチ
ング速度はほゞ等しいが、ＳＦ6 ガスを混合するとＧａ
ＡｓとＡｌＧａＡｓとの間でエッチング速度に差が生
じ、エッチングに選択性が生じる。この特性を利用し
て、図２に示す積層膜のエッチングを以下のように実行
する。
【００１８】まず、フォトレジストからなるマスク２を
形成し、ＳｉＣｌ4 ガス単独でＧａＡｓ層とＡｌＧａＡ
ｓ層とを等速的にエッチングし、エッチングを停止しよ
うとするｎ番目（表面から）のＡｌＧａＡｓ層の直上の
ｎ番目のＧａＡｓ層のエッチング中にＳＦ6 ガスを２５
〜３０％混入する。これにより、エッチングはｎ番目の
ＡｌＧａＡｓ層に達するまで進行し、その表面でエッチ
ング速度が低下する。すなわち、ウェーハの全面におい
てｎ番目のＡｌＧａＡｓ層の表面で実質的にエッチング
が停止し、均一性の高いエッチングが達成される。
【００１９】エッチングを停止しようとするｎ番目のＡ
ｌＧａＡｓ層の直上の層であるｎ番目のＧａＡｓ層がエ
ッチングされていることを知るには、プラズマの発光を
分光してエッチングの終端を検出するエンドポイントモ
ニタを使用するのが簡単で確実である。この例において
は、ＡｌＧａＡｓをエッチングしている時にはＡｌ−Ｃ
ｌ結合に起因する発光が発生するのに対して、ＧａＡｓ
のエッチング中にはこの発光は発生しないことを利用す
る。すなわち、ｎ−１番目のＡｌＧａＡｓ層からの発光
がなくなった時点でｎ番目のＧａＡｓ層のエッチングが
開始したことを認識することができる。Ａｌ−Ｃｌ結合
に起因する発光のピークの回数がエッチングされたＡｌ
ＧａＡｓ層の層数に等しいため、ｎ−１番目のＡｌＧａ
Ａｓ層のエッチング完了を検知することは容易である。
なお、ＳｉＣｌ4 ガス単独によるＧａＡｓとＡｌＧａＡ
ｓのエッチング速度を予め測定しておけば、積層膜の各
層の厚さから各層のエッチング時間が求められるので、
エッチング時間によって現在どの層をエッチングしてい
るかを知ることも可能である。
【００２０】ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層の積層膜以外
にも、例えば、ＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓ層またはＩｎ
ＧａＰ層との積層膜においても、ＳｉＣｌ4 ガス単独で
エッチングする場合は等速的であるが、これにＳＦ6 ガ
スを添加するとＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＰのエッチ
ング速度が低下するので、ＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＧ
ａＰ層をエッチングを停止する層として、そこまで均一
にエッチングすることが可能である。
【００２１】このように、ＡｌまたはＩｎを含まない化
合物半導体層とＡｌまたはＩｎを含む化合物半導体層と
からなる積層膜は、後者をエッチングを停止する層とし
て均一のエッチングすることができ、この場合のエッチ
ングガスはＳｉＣｌ4 の他にＣＣｌ4 でもよい。また、
添加ガスとしては、ＳＦ6 の他にクロロフルオロカーボ
ン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオ
ロカーボン、フッ素を含むハロン、四フッ化炭素でも同
様の効果が得られる。
【００２２】（Ｂ）プラズマエッチング装置について 図１参照 本発明に係るプラズマエッチング装置の構成図を図１に
示す。図において３は通常使用されているプラズマエッ
チング装置であり、エッチングガス供給口４とガス排出
口５とを有する真空容器６中に高周波電源７の発生する
高周波電力を印加する電極８と被エッチング物支持台９
とが設けられている。１０はエンドポイントモニタであ
り、プラズマの発光強度の変化を監視するものである。
１１はパルスカウンターであり、エンドポイントモニタ
の発光強度変化の回数をカウントし、何番目の層がエッ
チングされているかを検知するものであり、１２は制御
弁からなる添加ガス供給手段である。
【００２３】図４参照 図２に示すように、ＧａＡｓ層とＡｌＧａＡｓ層との積
層膜をエッチングし、表面からｎ番目のＡｌＧａＡｓ層
でエッチングを停止しようとする場合、図４に示すよう
に、Ａｌ−Ｃｌ結合発光強度をエンドポイントモニタ１
０で検出してその回数をパルスカウンター１１でカウン
トし、ｎ−１番目のＡｌ−Ｃｌ結合発光が消失したこと
を検出して添加ガス制御弁１２を開き、添加ガスをエッ
チングガスに添加する。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係るプラ
ズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置におい
ては、２種類以上の異なる物質の層からなる積層膜をエ
ッチングする際に、エッチングを停止しようとする層の
直上の層に到達するまでは２種類以上の異なる物質を等
速的にエッチングするエッチングガスを使用してガスを
切り換えることなくエッチングし、エッチングを停止し
ようとする層の直上の層からはエッチングを停止しよう
とする層のエッチング速度が低下する添加ガスを添加し
てエッチングするので、ウェーハの全面においてエッチ
ングを停止しようする層で実質的にエッチングが停止
し、均一に短時間で目的とする層までエッチングするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマエッチング装置の構成図
である。
【図２】エッチングする積層膜の例である。
【図３】ＳｉＣｌ4 にＳＦ6 を混合する場合のＧａＡｓ
とＡｌＧａＡｓのエッチング速度とＳＦ6 の混合比との
関係を示すグラフである。
【図４】積層膜のエッチング過程における発光強度の発
生状況を示すグラフである。
【図５】積層膜の構成例である。
【図６】積層膜の構成例である。
【図７】積層膜の構成例である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ フォトレジスト ３ 通常のプラズマエッチング装置 ４ エッチングガス供給口 ５ ガス排出口 ６ 真空容器 ７ 高周波電源 ８ 電極 ９ 被エッチング物支持台 １０ エンドポイントモニタ １１ パルスカウンター １２ 添加ガス供給手段

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２種類の物質の層からなる積
    層膜をエッチングするプラズマエッチング方法におい
    て、 エッチングを停止しようとする層の直上の層に到達する
    までは、前記少なくとも２種類の物質を等速的にエッチ
    ングするエッチングガスを使用し、 前記エッチングを停止しようとする層の直上の層から
    は、前記エッチングガスに前記エッチングを停止しよう
    とする層のエッチング速度を低下させる添加ガスを添加
    することを特徴とするプラズマエッチング方法。
  2. 【請求項２】 前記エッチングを停止しようとする層は
    アルミニウムまたはインジュウムを含む化合物半導体よ
    りなり、前記エッチングを停止しようとする層の直上の
    層はアルミニウムまたはインジュウムを含まない化合物
    半導体よりなることを特徴とする請求項１記載のプラズ
    マエッチング方法。
  3. 【請求項３】 前記アルミニウムまたはインジュウムを
    含む化合物半導体はＡｌＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓま
    たはＩｎＧａＰであり、前記アルミニウムまたはインジ
    ュウムを含まない化合物半導体はＧａＡｓであることを
    特徴とする請求項２記載のプラズマエッチング方法。
  4. 【請求項４】 前記エッチングガスは四塩化炭素及び四
    塩化シリコンのうちの１つまたはそれらの混合ガスであ
    り、前記添加ガスは四フッ化炭素、クロロフルオロカー
    ボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフル
    オロカーボン及びフッ素を含むハロンのうちの１つまた
    はそれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１、
    ２、または、３記載のプラズマエッチング方法。
  5. 【請求項５】 前記クロロフルオロカーボンにはＣＣｌ
    Ｆ3 、ＣＣｌ2 Ｆ2、ＣＣｌ3 Ｆを含み、前記ハイドロ
    クロロフルオロカーボンにはＣＨＣｌＦ2 、ＣＨＣｌ2
    Ｆ、ＣＨ2 ＣｌＦを含み、前記ハイドロフルオロカーボ
    ンには、ＣＨＦ3 、ＣＨ3 Ｆを含むことを特徴とする請
    求項４記載のプラズマエッチング方法。
  6. 【請求項６】 前記添加ガスを加える時点はエンドポイ
    ントモニタで検出することを特徴とする請求項１、２、
    ３、４、または、５記載のプラズマエッチング方法。
  7. 【請求項７】 エッチングガスに電界を印加してプラズ
    マを発生し、該プラズマを使用してエッチングをなすプ
    ラズマエッチング装置において、 前記プラズマの発光強度の変化を監視するエンドポイン
    トモニタ（１０）と、 該エンドポイントモニタ（１０）の発光強度の変化回数
    をカウントするパルスカウンター（１１）と、 該パルスカウンター（１１）のカウントパルス数に対応
    して添加ガスを前記エッチングガスに添加する添加ガス
    供給手段（１２）とを有することを特徴とするプラズマ
    エッチング装置。
JP5104506A 1993-04-30 1993-04-30 プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置 Withdrawn JPH06314668A (ja)

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