JPH08181124A - ドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング方法

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JPH08181124A
JPH08181124A JP32535994A JP32535994A JPH08181124A JP H08181124 A JPH08181124 A JP H08181124A JP 32535994 A JP32535994 A JP 32535994A JP 32535994 A JP32535994 A JP 32535994A JP H08181124 A JPH08181124 A JP H08181124A
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etching
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一庸 水野
Isao Oyama
功 大山
Shoichi Ozawa
章一 小沢
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被処理材のエッチング速度を安定化すること
ができるドライエッチング方法を提供する。 【構成】 この方法では、保持基板の上に配置されてい
る被処理材をドライエッチングする際に、そのドライエ
ッチングに先立ち、保持基板を、ドライエッチングに障
害を与えないガス種のプラズマ中で前処理してその表面
粗度を高める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ドライエッチング方法
に関し、更に詳しくは、エッチング処理の回数が多くな
っても被処理材に対するエッチング速度を安定化するこ
とができるドライエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】各種の半導体デバイスを微細加工するに
際してはドライエッチング方法が適用されている。この
ドライエッチング方法は、一般に、図2に概略図として
示したような装置を用いて行われている。
【0003】すなわち、エッチングガス導入口1aと排
気口1bを設けた真空容器1の中に、下部電極2と、そ
の上に配置された保持基板3と、この保持基板3の上に
静置された被処理材4と、被処理材4から離隔して配置
された上部電極5とが収容され、そして下部電極2は高
周波電源6に接続されている。この装置の運転に際して
は、真空容器1内に所定のガス圧でエッチングガスを導
入し、そして両電極4、5間に所定の高周波電力を印加
する。その結果、真空容器1内にプラズマ領域が形成さ
れ、そこでエッチングガスは所定のラジカルとイオンを
生成する。
【0004】生成したラジカルはイオンシース領域を被
処理材4の表面にまで拡散していき、被処理材4の構成
材料と化学的に反応して当該表面をエッチングする。ま
た、イオンはシース領域で加速されて被処理材4の表面
をスパッタリングしてその表面の構成材料を除去するこ
とにより物理的なエッチング効果を発揮する。このよう
にして、被処理材4の表面がエッチング除去される。
【0005】ここで、被処理材4が載置されている保持
基板3は、導電体または誘電体で構成され、電極2、5
の汚染防止や、逆に、電極2、5の不純物が被処理材4
に拡散することを防止するために配置されている。ま
た、この保持基板3は、エッチング処理の過程で、生成
したラジカルやイオンの作用を受けてエッチャントを生
成し、そのエッチャントで被処理材4のエッチング効果
を促進させるという場合がある。
【0006】例えば、SiウエハをCBrF3 ガスでエ
ッチングする場合には、保持基板として石英板が下部電
極の上に設置されるが、このときの石英板は、Siウエ
ハのエッチング効果を促進させる働きをする。そのこと
を以下に詳細に説明する。まず、エッチング操作を開始
すると、CBrF3 ガスは、プラズマ領域において、次
式: CBrF3 (g)→・CF3 (g)+・Br(g) ……(1) の反応に基づきラジカルを生成し、また、次式: CBrF3 (g)→CF3 (g)+Br-1(g)+e ……(2) の反応に基づきイオンを生成する。
【0007】このうち、(1)式に基づいて発生したラ
ジカルは、シース領域を拡散してSiウエハの表面に到
達し、そこに吸着して、次式: ・Br(g)→・Br(ad) ……(3) ・CF3 (g)→・CF3 (ad) ……(4) で示される相転換をする。
【0008】そして、(4)式の・CF3 (ad)は、
次式: ・CF3 (ad)→C(ad)+3・F(ad) ……(5) で示される反応により分解して、Siウエハの表面にF
ラジカルを生成する。そして、Siウエハの表面では、
次式: Si+4・F(ad)→SiF4 (ad) ……(6) SiF4 (ad)→SiF4 (g) ……(7) で示される反応が連続的に生起して、Siウエハの化学
的エッチングが進行する。
【0009】また、(5)式に基づいて生成した活性炭
素:C(ad)は、次式: C(ad)+n・F(ad)→CFn (ad) ……(8) CFn (ad)→CFn (g) ……(9) C(ad)+n・Br(ad)→CBrn (ad) ……(10) CBrn (ad)→CBrn (g) ……(11) で示される反応によって消費される。
【0010】一方、(2)式に基づいて発生したイオン
は、シース領域で加速されてSiウエハの表面に衝突
し、次式: Si(amorphous crystal )→Si(atom) ……(12) に基づいてSiをスパッタ除去し物理的エッチング効果
を発揮する。同時に、(2)式に基づいて発生したイオ
ンは、シース領域で加速されて石英板の表面にも衝突
し、次式: SiO2 (s)→Si(s)+2・O(ad) ……(13) で示されるように、酸素ラジカル(・O(ad))を生
成する。
【0011】これら一連の反応において、Siウエハ表
面のエッチング速度を律速する反応は(6)式と(7)
式、とりわけ(6)式で示した反応である。したがっ
て、Siウエハのエッチングを進めるためには、(6)
式における・F(ad)の濃度を高めることが必要であ
る。しかし、この・F(ad)は、(5)式に基づく・
CF(ad)の分解反応によって生成するものであり、
このときには、同時に活性炭素:C(ad)も副生す
る。そして、このC(ad)は、(8)式で示すよう
に、Siウエハの化学的エッチングに有効なエッチャン
トである・F(ad)を浪費させ、(6)式における・
F(ad)濃度を低下させる要因として機能する。
【0012】したがって、(6)式における・F(a
d)の濃度を高めてSiウエハの化学的エッチングを有
効に進めるためには、(5)式に基づいて生成するC
(ad)を、(8)式や(9)式で示すような反応、す
なわち・F(ad)を浪費するような反応を起こさせる
ことなく別個に消費することが必要になる。式(13)の
反応に基づいて発生した・O(ad)が、上記した働き
をする。すなわち、系内においては、次式: C(ad)+n・O(ad)→COn (ad) ……(14) COn (ad)→COn (g) ……(15) で示される反応により、(5)式に基づいて副生したC
(ad)は、石英板から供給されてくる・O(ad)に
よって消費されることになる。
【0013】したがって、(5)式に基づいて生成した
・F(ad)は浪費されることなく、(6)式に基づく
化学的エッチングに有効に利用され、Siウエハのエッ
チング効果は促進されることになる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、Si
ウエハをドライエッチングするときにその保持基板とし
て石英板を使用すると、石英板から、反応生成物がSi
ウエハに供給されることによって当該Siウエハのエッ
チングが促進される。その場合、石英板(保持基材)に
おける反応生成物の生成量、すなわちSiウエハ(被処
理材)表面への反応生成物の供給量は、保持基板におけ
る反応表面積の大小によって規制される。その反応表面
積が大きければ、反応生成物の生成量が多くなって被処
理材のエッチング効果への寄与も大きくなる。
【0015】ところで、ドライエッチング操作の回数が
増加していくと、保持基板の表面粗度は漸次低下してい
き、その反応表面積が減少する。そして、上記した反応
生成物の生成量も減少して被処理材のエッチング効果が
減退し、結果として被処理材のエッチング速度も減少す
る。このような問題を解決するためには、保持基板の表
面を間欠的に粗面化して一定の表面粗度に復元し、その
反応表面積の大きさを復元してやればよい。
【0016】表面粗度を一定の水準に復元する方法とし
ては、従来から、砥粒の種類や粒度を適当に選定して被
処理材を研磨する方法が知られている。しかしながら、
上記した方法をドライエッチングで用いる保持基板に適
用することはできない。研磨時に保持基板の研磨面に不
可避的に残存してくる砥粒などの不純物によって、被処
理材の汚染が起こるからである。
【0017】本発明は、上記した問題を解決し、ドライ
エッチング操作を行う際に、表面粗度が低下している保
持基板の当該表面粗度を回復させ、もってその反応表面
積を回復させることにより、被処理材のエッチング速度
の低下を防止するドライエッチング方法の提供を目的と
する。
【0018】
【課題を解決するための手段・作用】上記した目的を達
成するために、本発明においては、下部電極と、前記下
部電極の上に配置された導電体または誘電体から成る保
持基板と、前記保持基板の上に配置された被処理材と、
前記被処理材から離隔して配置された上部電極とが真空
容器の中に収納されている装置を用い、前記真空容器に
エッチングガスを導入し、前記電極間に高周波電力を印
加して前記被処理材にドライエッチング処理を施す際
に、前記ドライエッチング処理に先立ち、前記保持基材
を、ドライエッチングに障害を与えないガス種のプラズ
マ中で前処理することを特徴とするドライエッチング方
法が提供される。
【0019】本発明方法においては、被処理材に所定の
ドライエッチング処理を施す前に、同じ真空容器の中
で、前段のドライエッチングの過程で表面粗度が低下し
ている保持基板の表面が後述するガス種のプラズマで処
理される。その結果、保持基板の表面は、前記ガス種の
ラジカルやイオンで攻撃されて粗面化してその表面粗度
を回復し、反応表面積は以前の状態に復元する。
【0020】ガス種としては、後段で行うドライエッチ
ング処理時に被処理材への汚染のような障害を与えない
ものが使用され、例えば、Ar、N2 、O2 などをあげ
ることができる。とくに、保持基板に石英板を用いてS
iウエハをエッチングする場合には、保持基板をO2
スのプラズマで前処理すると、石英板の表面粗度が増大
するだけではなく、このO2 ガスが石英板の表面に吸着
して残留し、後段のドライエッチング時に、この吸着O
2 が式(13)、式(14)、式(15)で示した反応によっ
て、Siウエハのエッチング効果を一層促進することが
できるので好適である。
【0021】この前処理による保持基板の表面粗度の程
度は、プラズマ処理におけるガス種、ガス圧力、印加電
力、処理時間、ガス流量などの因子によって規定される
ので、これらの条件を適宜に選定することにより、目的
とする表面粗度にすることができる。
【0022】
【発明の実施例】図2で示した装置において、被処理材
4をSiウエハ、保持基板3を石英板とし、CBrF3
をエッチングガスとするドライエッチングを行った。C
BrF3 によるエッチングを開始する前に、真空容器1
内に、O2 ガスを100cc/minの流量、圧力0.6
67Paを維持した状態で流しながら、電極2、5間に
1000Wの高周波電力を印加して2時間の前処理を行
った。
【0023】ついで、O2 ガスを絶ち、CBrF3 の流
量:50cc/min,印加電力:500W,容器内
圧:2.67Paの条件でSiウエハ4のドライエッチン
グを行い、このときのエッチング速度(0.02μm/m
in)を計算した。この前処理とドライエッチングを1
0回反復し、それぞれの場合につきエッチング速度を算
出し、その結果を、1回目のエッチング速度に対する相
対値として図1に示した。
【0024】比較のために、実施例における前処理を行
うことなく同一の条件でドライエッチングを行い、その
ときのエッチング速度を第1回目に対する相対値として
図1に示した。図中、○印は実施例、□印は比較例の結
果を表す。図1から明らかなように、本発明のようにド
ライエッチングの前段でその都度石英板に前処理を行う
と、エッチング速度の低下は起こらない。しかし、比較
例の場合のように、石英板の前処理を行うことなく使用
し続けると、使用回数が増加するにつれてエッチング速
度が低下している。
【0025】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項1
の方法によれば、ドライエッチング時におけるエッチン
グ速度の減少は起こらないのでエッチング処理は安定化
する。これは、被処理材をドライエッチングするに先立
ち、被処理材を保持する保持基板をプラズマ処理するこ
とにより、その表面粗度を高め、反応生成物を生成する
反応表面積を増大せしめたことがもたらす効果である。
【0026】請求項2においては、ガス種として酸素ガ
スを用いているので、石英板の反応表面積を大きくする
だけではなく、更にSiウエハのエッチング効果を促進
するに有効な反応生成物を多量に生成することができ
る。また、本発明方法は、ドライエッチング時と同じ装
置内で行うことができるので、全体の操作としては連続
工程として行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エッチング回数とエッチング速度との関係を示
すグラフである。
【図2】ドライエッチング用の装置を示す概略図であ
る。
【符号の説明】
1 真空容器 1a エッチングガス導入口 1b 排気口 2 下部電極 3 保持基板 4 被処理材 5 上部電極 6 高周波電源

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下部電極と、前記下部電極の上に配置さ
    れた導電体または誘電体から成る保持基板と、前記保持
    基板の上に配置された被処理材と、前記被処理材から離
    隔して配置された上部電極とが真空容器の中に収納され
    ている装置を用い、前記真空容器にエッチングガスを導
    入し、前記電極間に高周波電力を印加して前記被処理材
    にドライエッチング処理を施す際に、前記ドライエッチ
    ング処理に先立ち、前記保持基材を、ドライエッチング
    に障害を与えないガス種のプラズマ中で前処理すること
    を特徴とするドライエッチング方法。
  2. 【請求項2】 前記保持基板が石英板であり、前記被処
    理材がSiウエハであり、前記ガス種が酸素ガスである
    請求項1のドライエッチング方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002099863A1 (en) * 2001-06-01 2002-12-12 Tokyo Electron Limited Plasma processing device

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