JPH07201816A - プラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理方法Info
- Publication number
- JPH07201816A JPH07201816A JP33495593A JP33495593A JPH07201816A JP H07201816 A JPH07201816 A JP H07201816A JP 33495593 A JP33495593 A JP 33495593A JP 33495593 A JP33495593 A JP 33495593A JP H07201816 A JPH07201816 A JP H07201816A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- frequency
- plasma processing
- plasma
- processing method
- Prior art date
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- Pending
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】下地膜またはレジスト膜に対して高い選択比で
エッチング処理する。またはエッチング速度，選択比の
プロセスウィンドウを拡大する。 【構成】減圧化で生成したプラズマを用いて被処理基板
１３をエッチング処理する際に、エッチング中に被処理
材および生成されたプラズマの特性に応じて試料台１２
に印加する高周波電源１４からのバイアス電圧の周波数
と、添加ガスを調整する。 【効果】下地膜，レジストに対して容易に高い選択比を
得ることができ、また、プロセスウィンドウを拡げるこ
とができる。
エッチング処理する。またはエッチング速度，選択比の
プロセスウィンドウを拡大する。 【構成】減圧化で生成したプラズマを用いて被処理基板
１３をエッチング処理する際に、エッチング中に被処理
材および生成されたプラズマの特性に応じて試料台１２
に印加する高周波電源１４からのバイアス電圧の周波数
と、添加ガスを調整する。 【効果】下地膜，レジストに対して容易に高い選択比を
得ることができ、また、プロセスウィンドウを拡げるこ
とができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】半導体の製造
【０００２】
【従来の技術】基板に印加するバイアス電源の周波数を
可変にするものとしては特開平4-27119号公報，特開平4
-148534号公報が知られている。前者においては電力に
よるイオンエネルギーの制御だけでは不十分であるので
周波数を変えることもイオンエネルギーの制御に利用す
るとしている。 後者においては積層膜のエッチングに
おいてポリシリコンのエッチングをイオン主体で行うた
めに2MHz以下のバイアス周波数を利用するとしている。
可変にするものとしては特開平4-27119号公報，特開平4
-148534号公報が知られている。前者においては電力に
よるイオンエネルギーの制御だけでは不十分であるので
周波数を変えることもイオンエネルギーの制御に利用す
るとしている。 後者においては積層膜のエッチングに
おいてポリシリコンのエッチングをイオン主体で行うた
めに2MHz以下のバイアス周波数を利用するとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち前
者では周波数が高いほどイオンエネルギーが低くなり、
周波数が低いほどイオンエネルギーが高くなるという傾
向が述べられており、異方性の制御，損傷の低減に効果
があるとしているが、対下地選択比については考慮がな
されておらず、高い選択比の得られるガス添加および、
周波数設定方法は示されていなかった。
者では周波数が高いほどイオンエネルギーが低くなり、
周波数が低いほどイオンエネルギーが高くなるという傾
向が述べられており、異方性の制御，損傷の低減に効果
があるとしているが、対下地選択比については考慮がな
されておらず、高い選択比の得られるガス添加および、
周波数設定方法は示されていなかった。
【０００４】上記従来技術のうち後者では、高周波では
ラジカル主体のエッチングが起こり、低周波ではイオン
主体のエッチングが起こるとしている。下地選択比につ
いては2MHz以下の低周波で高選択比が得られるとしてい
るが、ガス種，投入電力等についての検討はなく、各種
のプロセス条件で最も高い選択比が得られる周波数に設
定するための方法は示されていなかった。
ラジカル主体のエッチングが起こり、低周波ではイオン
主体のエッチングが起こるとしている。下地選択比につ
いては2MHz以下の低周波で高選択比が得られるとしてい
るが、ガス種，投入電力等についての検討はなく、各種
のプロセス条件で最も高い選択比が得られる周波数に設
定するための方法は示されていなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】主ガスを構成するすべて
の原子の原子番号より大きい番号を持つ原子、あるいは
それを含む分子からなるガスを添加し、かつバイアス電
源の周波数を調整する。
の原子の原子番号より大きい番号を持つ原子、あるいは
それを含む分子からなるガスを添加し、かつバイアス電
源の周波数を調整する。
【０００６】
【作用】本発明者らは、バイアス電源周波数を変えるこ
とにより、ガスのプラズマ化によって生成された質量の
異なるイオンによるエッチング速度が材料毎に大きく異
なることを研究の結果発見した。したがって異種材料が
同時に処理中にプラズマおよびイオンに露される場合、
例えばpoly-Siとレジストやオーバーエッチング中のpol
y-SiとSiO2のエッチング速度を、イオンの質量とバイア
ス周波数で制御できる。また，この方法により材料間で
従来より高い選択比を得ることができる。
とにより、ガスのプラズマ化によって生成された質量の
異なるイオンによるエッチング速度が材料毎に大きく異
なることを研究の結果発見した。したがって異種材料が
同時に処理中にプラズマおよびイオンに露される場合、
例えばpoly-Siとレジストやオーバーエッチング中のpol
y-SiとSiO2のエッチング速度を、イオンの質量とバイア
ス周波数で制御できる。また，この方法により材料間で
従来より高い選択比を得ることができる。
【０００７】
【実施例】本発明の一実施例を図1を用いて説明する。
図１に装置構成を示す。本装置は、この場合マイクロ波
の電界と電磁コイルによる磁界との相互作用を用いて、
減圧下の処理室でガス導入手段１５を用いて導入した処
理ガスをプラズマ化し、該プラズマによって被処理基板
１３をプラズマ処理するマイクロ波プラズマエッチング
装置で、被処理基板１３を載置している試料台１２に周
波数可変式の高周波電源１４が接続されている。エッチ
ング条件としては被エッチング材料がpoly-Siで被エッ
チング材の下地がSiO2で処理ガスが塩素で処理室11の圧
力は5mTorrである。
図１に装置構成を示す。本装置は、この場合マイクロ波
の電界と電磁コイルによる磁界との相互作用を用いて、
減圧下の処理室でガス導入手段１５を用いて導入した処
理ガスをプラズマ化し、該プラズマによって被処理基板
１３をプラズマ処理するマイクロ波プラズマエッチング
装置で、被処理基板１３を載置している試料台１２に周
波数可変式の高周波電源１４が接続されている。エッチ
ング条件としては被エッチング材料がpoly-Siで被エッ
チング材の下地がSiO2で処理ガスが塩素で処理室11の圧
力は5mTorrである。
【０００８】エッチングガスとしては塩素ガスを主ガス
に、添加ガスとしてキセノンを用いた場合を例にバイア
ス電圧によって加速されウエハに入射するイオンのエネ
ルギー分布について考察する。バイアス周波数は1MHz以
下で可変とした。ここでイオンのエネルギー分布はバイ
アス周波数に対して典型的には図２(a)の中の３つのグ
ラフに示したように変化する。３つのグラフの横軸はイ
オンのエネルギーを、縦軸はその頻度を表す。この変化
が発生する周波数はイオンの質量によって異なり、例え
ば塩素原子イオンでバイアス周波数に対して図２(a)に
示すようにイオンエネルギー分布が遷移するとしたと
き、より質量の大きいキセノンイオンの場合にはその遷
移のしかたは図２(b)に示したように全体に低周波数側
にシフトする。したがってバイアス周波数をf2とし、キ
セノンなどの重いイオンを生成するガスを添加すると２
つのイオンエネルギー分布を合成した、図３に示すよう
な分布となる。
に、添加ガスとしてキセノンを用いた場合を例にバイア
ス電圧によって加速されウエハに入射するイオンのエネ
ルギー分布について考察する。バイアス周波数は1MHz以
下で可変とした。ここでイオンのエネルギー分布はバイ
アス周波数に対して典型的には図２(a)の中の３つのグ
ラフに示したように変化する。３つのグラフの横軸はイ
オンのエネルギーを、縦軸はその頻度を表す。この変化
が発生する周波数はイオンの質量によって異なり、例え
ば塩素原子イオンでバイアス周波数に対して図２(a)に
示すようにイオンエネルギー分布が遷移するとしたと
き、より質量の大きいキセノンイオンの場合にはその遷
移のしかたは図２(b)に示したように全体に低周波数側
にシフトする。したがってバイアス周波数をf2とし、キ
セノンなどの重いイオンを生成するガスを添加すると２
つのイオンエネルギー分布を合成した、図３に示すよう
な分布となる。
【０００９】一方、エッチング速度についてみてみる
と、poly-Si等の材料の場合にはイオンのエネルギーが
ほぼ0eVのレベルからエッチング速度が立ち上がってく
るのに対し、SiO2膜やレジスト膜等はあるエネルギー
(エッチングスレショルドエネルギー)以下ではエッチン
グ速度がほぼ0で、それ以上で立ち上がる。したがって
これらの材料の間の選択比はイオンエネルギーに大きく
依存することになる。上記ガスの混合とバイアス周波数
の調整によって、例えばイオンのエネルギー分布をエッ
チングスレショルドに対して図３に示すように制御で
き、poly-Siのエッチング速度と対SiO2、対レジスト選
択比を最適化できる。また他の効果として、エッチング
速度や選択比以外の、例えば形状，均一性などを含めた
最適化を行なうときに、上記のようにバイアス周波数と
添加ガスを調整することによって従来より広いプロセス
ウィンドウを供給できるので、トータルプロセス性能を
向上させることが可能となる。
と、poly-Si等の材料の場合にはイオンのエネルギーが
ほぼ0eVのレベルからエッチング速度が立ち上がってく
るのに対し、SiO2膜やレジスト膜等はあるエネルギー
(エッチングスレショルドエネルギー)以下ではエッチン
グ速度がほぼ0で、それ以上で立ち上がる。したがって
これらの材料の間の選択比はイオンエネルギーに大きく
依存することになる。上記ガスの混合とバイアス周波数
の調整によって、例えばイオンのエネルギー分布をエッ
チングスレショルドに対して図３に示すように制御で
き、poly-Siのエッチング速度と対SiO2、対レジスト選
択比を最適化できる。また他の効果として、エッチング
速度や選択比以外の、例えば形状，均一性などを含めた
最適化を行なうときに、上記のようにバイアス周波数と
添加ガスを調整することによって従来より広いプロセス
ウィンドウを供給できるので、トータルプロセス性能を
向上させることが可能となる。
【００１０】実際にキセノン添加量を塩素に対して0%，
10%，20%とし、バイアス周波数を400kHzから1MHzの間で
実験した。マイクロ波パワーは1kWでバイアス電力はpol
y-Siのエッチング速度がほぼ一定になるようにそれぞれ
の条件に応じて調整してある。図５に対SiO2選択比のバ
イアス周波数依存性をキセノン添加量をパラメーターに
して示す。対SiO2選択比はキセノンの混合比が0%(図中
６１)，10%(図中６２)，20%(図中６３)の場合、それぞ
れに対して600kHz，650kHz，700kHzでピークを持つ分布
となった。そして絶対値としてはキセノン添加量が10
%，周波数が650kHzで最大となった。周波数によっては
キセノンの添加で逆に選択比が低下する(poly-Siのエッ
チング速度を同一に保った時に)領域があり、周波数最
適化の意義がわかる。プロセスウィンドウの拡大も図５
から明らかである。また、レジスト膜に対しても選択比
は同様の傾向を示し、効果を確認できた。
10%，20%とし、バイアス周波数を400kHzから1MHzの間で
実験した。マイクロ波パワーは1kWでバイアス電力はpol
y-Siのエッチング速度がほぼ一定になるようにそれぞれ
の条件に応じて調整してある。図５に対SiO2選択比のバ
イアス周波数依存性をキセノン添加量をパラメーターに
して示す。対SiO2選択比はキセノンの混合比が0%(図中
６１)，10%(図中６２)，20%(図中６３)の場合、それぞ
れに対して600kHz，650kHz，700kHzでピークを持つ分布
となった。そして絶対値としてはキセノン添加量が10
%，周波数が650kHzで最大となった。周波数によっては
キセノンの添加で逆に選択比が低下する(poly-Siのエッ
チング速度を同一に保った時に)領域があり、周波数最
適化の意義がわかる。プロセスウィンドウの拡大も図５
から明らかである。また、レジスト膜に対しても選択比
は同様の傾向を示し、効果を確認できた。
【００１１】以上、一実施例を述べたがプラズマ化手段
はマイクロ波に限定されるものではなく、例えば、ヘリ
コン波方式，誘導結合方式においても同様な効果がある
ことは本発明の本質から明らかである。また、最適な周
波数とガスの組み合わせはプラズマプロセス条件が多種
多様であり特定することができない。しかし、上記の理
由によって選択比が大きく変化するという知見は本発明
の本質的な部分であり、上記の方法そのものが本発明の
請求範囲である。
はマイクロ波に限定されるものではなく、例えば、ヘリ
コン波方式，誘導結合方式においても同様な効果がある
ことは本発明の本質から明らかである。また、最適な周
波数とガスの組み合わせはプラズマプロセス条件が多種
多様であり特定することができない。しかし、上記の理
由によって選択比が大きく変化するという知見は本発明
の本質的な部分であり、上記の方法そのものが本発明の
請求範囲である。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、下地膜，レジストに対
して容易に高い選択比を得ることができ、また、プロセ
スウィンドウを拡げることができる。
して容易に高い選択比を得ることができ、また、プロセ
スウィンドウを拡げることができる。
【図１】本発明の一実施例であるプラズマ処理装置を示
す縦断面図である。
す縦断面図である。
【図２】塩素，キセノンイオンのエネルギー分布の周波
数依存性を示す説明図である。
数依存性を示す説明図である。
【図３】合成したイオンエネルギー分布を示す分布図で
ある。
ある。
【図４】プロセスウィンドウの拡大を例示した特性図で
ある。
ある。
【図５】選択比のバイアス周波数，キセノン添加量依存
性を示す説明図である。
性を示す説明図である。
１１…処理室、１２…試料台、１３…被処理基板、１４
…高周波電源、１５…ガス導入手段。
…高周波電源、１５…ガス導入手段。
Claims (7)
- 【請求項１】ウエハが設けられた処理室へガスを導入
し、導入されたガスをプラズマ化し、 プラズマ化により生じたイオンに対しRF電源によりウエ
ハ入射エネルギーを与えてエッチング処理する際に、 上記導入するガスを主ガスとこの主ガスを構成するすべ
ての原子の原子番号より大きい番号を持つ原子，あるい
はそれを含む分子からなる添加ガスとにより構成し、 上記ＲＦ電源の周波数を調整することにより、異種材料
の処理速度を制御することを特徴とするプラズマ処理方
法。 - 【請求項２】請求項１のプラズマ処理方法においてRF電
源の周波数を選択比が概最大となる付近に選んだもので
あることを特徴とするプラズマ処理方法。 - 【請求項３】請求項１に記載したプラズマ処理方法を適
用したプラズマ処理装置。 - 【請求項４】請求項２に記載したプラズマ処理方法を適
用したプラズマ処理装置。 - 【請求項５】請求項１に記載したプラズマ処理方法によ
り処理したウエハ。 - 【請求項６】請求項２に記載したプラズマ処理方法によ
り処理したウエハ。 - 【請求項７】ウエハがエッチング処理される処理室と、
処理室へガスを導入するガス供給手段と、処理室に導入
されたガスをプラズマ化するプラズマ化手段と、プラズ
マ化により生じたイオンにウエハへの入射エネルギーを
与えるRF電源とからなり、導入するガスは主ガスと、主
ガスを構成するすべての原子の原子番号より大きい番号
を持つ原子、あるいはそれを含む分子からなるガスを１
種以上添加することおよび、RF電源の周波数を調整する
ことにより、異種材料の処理速度を制御することを特徴
とするプラズマ処理方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33495593A JPH07201816A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | プラズマ処理方法 |
| US08/214,766 US6328845B1 (en) | 1993-03-18 | 1994-03-18 | Plasma-processing method and an apparatus for carrying out the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33495593A JPH07201816A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | プラズマ処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201816A true JPH07201816A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18283106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33495593A Pending JPH07201816A (ja) | 1993-03-18 | 1993-12-28 | プラズマ処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07201816A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021521590A (ja) * | 2018-04-13 | 2021-08-26 | 東京エレクトロン株式会社 | プロセスプラズマにおけるイオンエネルギー分布を制御するための装置及び方法 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33495593A patent/JPH07201816A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021521590A (ja) * | 2018-04-13 | 2021-08-26 | 東京エレクトロン株式会社 | プロセスプラズマにおけるイオンエネルギー分布を制御するための装置及び方法 |
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