JPH0820880A

JPH0820880A - ドライエッチング方法

Info

Publication number: JPH0820880A
Application number: JP18094994A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fukada; 武深田; Hiroyuki Shimada; 浩行島田; Mitsunori Sakama; 光範坂間; Yasuhiko Takemura; 保彦竹村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1996-01-23
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: JP3093572B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ドライエッチングの均一性を高める方法を提
供する。【構成】ドライエッチングにおいて、低周波（周波
数、１ｋ〜１ＭＨｚ）によって振幅変調した高周波（周
波数、１０〜１００ＭＨｚ）を極低周波（周波数、１〜
２００Ｈｚ）の繰り返し周波数でパルス変調したものを
用いて、プラズマを発生させ、エッチングをおこなう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセスに
おいて用いられるドライエッチング方法およびその目的
に適したドライエッチング装置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路や薄膜トランジスタ等の
半導体装置の製造において、ドライエッチング法が用い
られている。従来のドライエッチング法は、直流もしく
は交流によって定常的なプラズマを発生させ、これによ
って生じたイオン活性種（ラジカル）と被エッチング物
との化学反応を利用するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、定常的
なプラズマにおいては、プラズマや活性種の広がりの点
で十分なものは得られなかった。このため、エッチング
を大面積でおこなう場合には、均一かつ大きなプラズマ
を得るため被エッチング物の面積よりもさらに大きな面
積、空間が必要とされた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、減圧されたチ
ャンバー内部に極めて均一で十分な広がりを有するプラ
ズマを発生させて、被エッチング物のエッチングをおこ
なうものである。そのため、プラズマを発生させるため
に用いられる交流としては高周波を用い、かつ、このと
き用いられる高周波は１ｋＨｚ〜1 ＭＨｚの低周波で振
幅変調されたもので、なおかつ、１〜２００Ｈｚの極低
周波の繰り返し周波数でパルス変調されたものを用いる
ことによって、効果的にチャンバー内部にプラズマを広
げるものである。上記のようにパルス的な放電をおこな
うため、本発明では非定常的なプラズマが得られること
となる。このようなプラズマは不安定であるが、チャン
バーの端においても生成し、プラズマの面積を広げるこ
とが可能である。

【０００５】ここで用いられる高周波としては１０〜１
００ＭＨｚ、好ましくは、１０〜５０ＭＨｚとする。本
発明の第１は、減圧チャンバー内に平行平板型その他の
形状の電極を設置し、この電極に上記の高周波電力を印
加することによって、チャンバー内にプラズマを発生さ
せ、プラズマによって生じる活性種その他の作用によっ
てエッチングをおこなう、という構成を有する。

【０００６】本発明の第２は、減圧チャンバーの外に、
チャンバー内にプラズマを誘導する電極、コイル等を設
け、この電極、コイル等に上記の高周波電力を印加する
ことによって、チャンバー内部にプラズマを発生させ、
該プラズマの作用でエッチングをおこなう、という構成
を有する。

【０００７】

【作用】上記に記述した３つの周波数のうち、低周波
は、エッチングガス分子の会合（分子間の弱い結合）を
分断するのに寄与し、チャンバー内のエッチングガス分
子の濃度差の均一性を向上させる上で効果がある。ま
た、高周波は、エッチングガスの分子内結合を分断する
のに寄与して、イオン活性種（ラジカル）を発生せしめ
る。また、極低周波によってパルス変調すると、エッチ
ングの均一性が向上する。その理由は明らかではない
が、上述の如く、極長波以外の電磁波によって、励起さ
れたイオン活性種が、パルス放電によって、瞬間的にチ
ャンバー内壁にまで到達し、これをエッチングするため
であろうと推測される。本発明では、定常的な放電を用
いたエッチングに比較して、プラズマの広がりが良好で
あり、エッチングの均一性が良好なことが特色であっ
た。

【０００８】特に、上記の第２の発明においては、チャ
ンバー内に電極、その他のものが存在しないので、エッ
チングガスの流れ、プラズマの広がりが良好で、より、
エッチングの均一性を向上させるのに有効であった。第
２の発明のように誘導プラズマを用いるには、共振回路
を構成するために高周波の方が好ましく、そのため、会
合分子の分離に有効な低周波をチャンバー内に導入する
ことは困難であったが、本発明においては、低周波は振
幅変調という形で高周波の中に存在するため、実質的に
高周波を用いて誘導プラズマを発生させても、同時に低
周波の効果が得られた。

【０００９】パルス放電の周期を表すものとしてｄｕｔ
ｙ比が用いられる。ｄｕｔｙ比とは、（放電時間／（放
電時間＋休止時間））を示すものである。例えば、パル
ス周波数１００Ｈｚでｄｕｔｙ比を１０％としたパルス
放電の場合は、１ｍｓｅｃの放電と９ｍｓｅｃの休止と
を繰り返す放電形態となる。

【００１０】放電が休止している状態のときパルス周波
数によるプラズマの発生がおこなわれていないので、こ
のときのｄｕｔｙ比によってエッチングの状態が制御さ
れる。つまり、このｄｕｔｙ比を最適化することによっ
て、エッチングガスが基板に吸着する以前の成膜空間中
における反応を制御することができる。このｄｕｔｙ比
は１０〜７０％が好ましい。最適のｄｕｔｙ比は、エッ
チングガスの種類、エッチングガスの流量や、電極間の
距離に応じて決定すればよい。

【００１１】図３に本発明に用いる高周波の発生装置お
よび高周波の強度（振幅）の様子を示す。図３に示すの
本発明で用いるのに適した高周波電力の発生装置に関す
るものであるが、図３に示された構成以外の装置によっ
ても同様な高周波を発生できることは言うまでもない。

【００１２】図３（Ａ）は高周波発生装置であり、図３
（Ｂ）は各段階における高周波の様子を示す。高周波発
振器１によって発生した正弦高周波（例えば、周波数１
３．５６ＭＨｚ）は、図３（Ｂ）のａのような波形であ
る。このような高周波は次段の振幅変調器（ＡＭ変調
器）４におくられる。振幅変調器４としては、増幅率を
外部信号によって変化できる高周波増幅器を用いればよ
い。

【００１３】一方、低周波発振器２からは正弦低周波
（例えば、２００ｋＨｚ）が発生し、これは振幅変調器
４に送られる。そして、振幅変調器４では低周波信号に
応じて、高周波が振幅変調される。振幅変調器４からの
出力波形は図３（Ｂ）のｂのようになる。上記の振幅変
調においては、変調率は５０％以上であることが好まし
かった。しかしながら、高調波成分の発生を防止するた
め、１００％以上の過変調は避けたほうが良い。さら
に、パルス発振器３からは極低周波（例えば、５０Ｈ
ｚ）のパルスが発生し、パルス変調器５において、高周
波電力のオン／オフがおこなわれる。このようにして発
生した高周波電力は図３（Ｂ）のｃに示したような網形
である。パルスのオン／オフの境界部分を拡大したもの
は同図ｃ’のようになる。

【００１４】

【実施例】

〔実施例１〕図１に本実施例の概略を示す。本実施例は
平行平板型ドライエッチング装置に関する。本装置を用
いて、例えば、多結晶シリコン膜のエッチングをおこな
う例である。図１において、チャンバー１０１内に設置
されたサセプター１０２上にシリコン膜が成膜され、フ
ォトレジストのマスクの設けられた基板１０４が置かれ
ている。チャンバー１０１には、内部を減圧せしめるた
めの真空排気系１０６とエッチングガスを導入するガス
導入系１０５が備えつけてある。

【００１５】また、サセプター１０２は接地されてお
り、サセプターに対向して電極１０３が設けられてい
る。そして、この電極１０３には交流を供給するための
高周波電源が設けられている。電極１０３はえてしてエ
ッチングガスの流れの妨害やプラズマの大きさの制約の
原因となる。特にエッチングガスは基板に均等に行き渡
るように注意する必要がある。もし、エッチングガスの
流れに偏りがあるとエッチングの不均一性の原因とな
る。

【００１６】そのためには、電極１０３を中空として、
基板に対する面に細孔を設け、エッチングガスをシャワ
ー状に吹き出させてもよい。ただし、特にシリコンを含
有する素材をエッチングすると、エッチングガス中に含
まれるフッ素、炭素とシリコンが反応して、フッソ系ポ
リマーが生成し、これが上記の細孔を埋めてしまうこと
がある。電極１０３には、低周波（１ｋ〜１ＭＨｚ）の
振幅変調された高周波（１０〜１００ＭＨｚ）の極低周
波（１〜２００Ｈｚ）の繰り返し周波数のパルス状の電
力が投入される。高周波電源においては、高周波発振器
１０７、低周波発振器１０８、極低周波パルス発振器１
０９と、振幅変調器１１０、パルス変調器１１１が設け
られている。

【００１７】本実施例においては、プラズマを発生させ
るために供給した交流は、それぞれ、極低周波パルスと
して５０Ｈｚの矩形パルス、低周波として２００ｋＨ
ｚ、高周波として１３．５６ＭＨｚを使用した。また、
ここで極低周波のパルス放電はｄｕｔｙ比が５０％とな
るようにおこなった。

【００１８】また、このときプラズマクリーニングのた
めのエッチングガスとしてＣＦ₄、ＳＦ₆、ＮＦ₃、の
うちから選ばれた少なくとも１種類を使用できるが、本
実施例においてはＣＦ₄を用いた。以上の条件において
チャンバーを減圧し、エッチングガスを導入してプラズ
マを発生させてプラズマクリーニングをおこなった。

【００１９】〔実施例２〕図２に本実施例の概略を示
す。本実施例は、誘導結合型プラズマを用いてドライエ
ッチングをおこなうための装置に関するものである。図
２において、真空容器２０１（チャンバー）内に基板２
０３を設置するサセプター２０２が存在している。チャ
ンバーやサセプターは絶縁性の材料が好ましい。本実施
例では石英を用いた。チャンバー２０１には、内部を減
圧せしめるための真空排気系２０６、そして、エッチン
グガスを導入するガス導入系２０５が備えつけてある。

【００２０】チャンバー２０１の周囲には、プラズマを
発生させるためのコイル状誘導電極２０４が設けられて
いる。そして、この誘導電極２０４には交流を供給する
ための交流電源が設けられている。本実施例においては
誘導電極２０４には、低周波（１ｋ〜１ＭＨｚ）の振幅
変調された高周波（１０〜１００ＭＨｚ）の極低周波
（１〜２００Ｈｚ）の繰り返し周波数のパルス電力が投
入される。交流電源においては、高周波発振器２０７、
低周波発振器２０８、極低周波パルス発振器２０９と、
振幅変調器２１０、パルス変調器２１１が設けられてい
る。

【００２１】本実施例では、上記の極低周波として１０
０Ｈｚ、低周波として３００ｋＨｚ、高周波として１
３．５６ＭＨｚを使用した。また、極低周波のパルス放
電はｄｕｔｙ比が１０％となるようにおこなった。ま
た、このときエッチングガスとしてＣＦ₄を用いた。

【００２２】本実施例では、プラズマを発生させるため
の誘導電極はチャンバーの外側に存在する。そして、チ
ャンバーの内部には実質的に基板以外のものは存在しな
かった。そのためエッチングガスの流れを妨げたり、プ
ラズマの広がりを制約することがなかった。このため、
エッチングの均一性は実施例１に比較すると概ね良好で
あった。

【００２３】また、それゆえ、実施例１で述べたよう
に、エッチングガスの流れの均一性を良くするためにシ
ャワー状にエッチングガスを吹きつけるというようなこ
とは不要であり、装置構成は比較的簡単にすることがで
きた。本実施例でもシリコンを含有する材料をエッチン
グするとフッ素系ポリマーが生成しチャンバーの内壁に
付着したが、実施例１で指摘したように細孔をふさぐと
いうことはなく、エッチングの安定性の点でも問題はな
かった。プラズマによって電極等の金属がスパッタされ
て基板に付着するという問題もなかった。

【００２４】本発明においては、高周波電力による分子
結合の切断に加えて、低周波電力による会合分子の分離
も重要な意味があり、その結果、エッチングの均一性が
向上する。しかしながら、単に高周波と低周波を混合し
て誘導電極に印加しても、効果的でなかった。その理由
のひとつは、このような誘導結合型のプラズマを発生さ
せるには誘導電極とのインピーダンスのマッチングが必
要なのであるが、電極の大きさから、一般に低周波電力
ではインピーダンスをマッチングさせることがほとんど
不可能だったことによる。そのため、低周波電力は誘導
電極から有効に放射されることなく、したがって、プラ
ズマの発生にも寄与しなかった。

【００２５】このような問題に対しては、本発明のよう
に高周波を搬送波として、これに低周波の振幅変調を加
えると有効である。電源から出力される交流は実質的に
高周波であり、誘導電極から有効に放射されて、プラズ
マの発生に利用される。しかしながら、プラズマには、
低周波の振動をエッチングガスに与えることとなるの
で、結局、低周波の電力を投入したことと同じ効果が得
られる。

【００２６】

【発明の効果】本発明のように、低周波の振幅変調した
高周波の極低周波の繰り返し周波数によるパルス発振に
よって発生させたプラズマによって、ドライエッチング
することによって、エッチングの均一性を高めることが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の装置構成を示す。

【図２】実施例２の装置構成を示す。

【図３】本発明の高周波発生装置および発生した高周
波波形の例を示す。

【符号の説明】

１０１・・・真空容器（チャンバー）１０２・・・サセプター１０３・・・電極１０４・・・基板１０５・・・ガス導入系１０６・・・排気系１０７・・・高周波交流電源１０８・・・低周波交流電源１０９・・・極低周波パルス電源１１０・・・振幅変調器１１１・・・パルス変調器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹村保彦神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧雰囲気中に設置された電極に高周波
電力を印加することによってプラズマを発生させ、該プ
ラズマの作用で被膜をエッチングするドライエッチング
方法において、高周波電力は極低周波の繰り返し周波数のパルスであ
り、かつ、低周波の振幅変調がなされていることを特徴
とするドライエッチング方法。
【請求項２】減圧されたチャンバーの外側に設置さ
れ、チャンバー内部にプラズマ放電を誘導する電極に高
周波電力を印加することによって、チャンバー内部にプ
ラズマを発生させ、該プラズマの作用で被膜をエッチン
グするドライエッチング方法において、高周波電力は極低周波の繰り返し周波数のパルスであ
り、かつ、低周波の振幅変調がなされていることを特徴
とするドライエッチング方法。
【請求項３】請求項１もしくは２において、極低周波は周波数が１〜２００Ｈｚ、低周波は周波数が
１ｋ〜１ＭＨｚ、高周波は周波数が１０〜１００ＭＨｚ
であることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項４】請求項１もしくは２において、エッチングガスとして、ＣＦ₄、ＳＦ₆、ＮＦ₃から選
ばれた少なくとも１種類を用いることを特徴とするドラ
イエッチング方法。