JPH10144656A - 3つの独立制御電極を具備したエッチングチャンバ装置 - Google Patents

3つの独立制御電極を具備したエッチングチャンバ装置

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JPH10144656A
JPH10144656A JP29401096A JP29401096A JPH10144656A JP H10144656 A JPH10144656 A JP H10144656A JP 29401096 A JP29401096 A JP 29401096A JP 29401096 A JP29401096 A JP 29401096A JP H10144656 A JPH10144656 A JP H10144656A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 側壁の不活性化をより精確に制御可能な改善
された異方性・選択性エッチング用エッチングチャンバ
装置を提供する。 【解決手段】 誘電体窓と、第1、第2、第3の電極を
具備した異方性・選択性エッチングチャンバにおいて、
第2電極により前記第1電極により発生されたプラズマ
が励起され、第3電極により誘電体窓がスパッタされる
ことにより側壁に保護膜が形成されて、チャンバ内の半
導体ウェーハが異方性・選択性エッチングされる。それ
ぞれの電極手段は専用のRF発振器により駆動され、独
立して制御可能であるため、ウェーハのエッチングの最
適化が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、半導体ウェーハ
の製造に関し、特に、半導体ウェーハ製造における多結
晶シリコンおよび金属導体の選択性・異方性エッチング
用3電極エッチングチャンバ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体ウェーハ製造において、多結晶シ
リコンはゲート材料として広く使用されている。この技
術分野では現代の傾向としてデバイス密度が増加の一途
をたどっており、それに伴って必要とされるより小さな
最小加工寸法を半導体処理の間精確に維持しなければな
らない。これは、比較的低圧の高密度プラズマを利用し
た異方性・選択性エッチングにより達成されている。
【0003】当業者には明らかであるように、プラズマ
エッチングではRF電圧に結合されたプラズマを用いて
化学的に活性のエッチャントが発生され、それが基板の
非保護層と反応して揮発性のエッチング生成物が形成さ
れる。この手法は基板とエッチングガスの適切な組み合
わせにより可能となる。そのような組み合わせが半導体
デバイスの製造に使用される膜の大部分に関して分かっ
ている。代表的なエッチングガスの例としては塩素およ
びフッ素化合物があり、それぞれCClとCFの形
で利用可能である。これらの化合物はポリシリコン、S
iO,Si,および金属類のエッチング用に組
成されている。例えば、フッ素ラジカルはシリコンと反
応して揮発性のシリコンテトラフルオリドエッチング生
成物を形成する。レジスト等の有機フィルムをエッチン
グしたり、エッチングガスのエッチング速度を大幅に増
加させるために、酸素を含んだプラズマが広く用いられ
ている。
【0004】プラズマエッチングは一般的に図1に示す
ようなエッチングチャンバ内で行われる。図1の公知技
術によるエッチングチャンバ10は壁面12と、超純度
の石英板で作られた誘電体窓14で構成される。チャン
バ10の誘電体窓14上方には誘導コイル16が配設さ
れており、RF発振器18によって駆動される。チャン
バ10内には一般的にチャックと呼ばれる導電性のウェ
ーハ固定機構22が置かれている。このウェーハチャッ
クは第2のRF発振器20により駆動される。コイル1
6を発振器18で駆動することにより高密度の誘導結合
されたプラズマが発生する。第2の発振器20によりウ
ェーハ24にRFバイアスがかけられ、それによりウェ
ーハ表面へイオンが衝撃されることにより、異方的な反
応性イオンエッチング(R.I.E)が達成される。
【0005】しかしながら、上記したようなチャンバ内
エッチングでは必ずしも所望の異方性が確保できない。
例えば、図1のチャンバ内でプラズマエッチングしてポ
リシリコンゲートを形成すると、ゲート側壁に傾斜ない
しはアンダーカットが生じてしまうことが少なくない。
これは選択性の問題である。特に選択性が必要となるの
は、ポリシリコンゲート電極をパターニングする際に、
下地層のゲート酸化物を除去してしまうことのないよう
にするためであるが、それはデバイスが小さくなるにつ
れて双方において必要とされるエッチング比が増大する
からである。より詳細には、シリコンに比して、シリコ
ン酸化物に対する高い選択性が必要とされるが、それは
接合深度がフィールド酸化物の厚さよりも速く減少する
からである。さらに、シリコン酸化物に比して、シリコ
ンに対する高い選択性が必要となる、というのもゲート
酸化物の厚さはゲート電極の厚さよりも速く減少するか
らである。また、必要とされる選択性は前処理段階で形
成された形状のみならず、エッチングされた、ないしは
下地層の厚さに依存する。
【0006】よって、図1のチャンバ内でプラズマエッ
チングを行う際に異方性を得るためには、接合部側壁に
保護膜を形成する必要がある。これは図1の従来技術に
よるチャンバでは上記したエッチング生成物を適当に選
択することにより達成される。しかし、選択を適当に行
ったとしても、エッチプロセスの終期においてはそれら
エッチング生成物の濃度は減少し、側壁保護膜形成の進
行が低下する。その結果多くの場合えぐれが生じ、ゲー
ト酸化物等の下地層に対する選択性が低下する。よっ
て、エッチング生成物を慎重に選択するという手法に頼
らず、側壁保護膜形成を制御する必要がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本願発明の課題は側壁
保護膜形成をより精確に制御可能な、改良されたエッチ
ングチャンバ装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本願発明のエッチングチャンバ装置は以下の構成を
有している。すなわち、誘電体窓を有したエンクロージ
ャから概略構成された、半導体ウェーハの異方性・選択
性エッチング用エッチングチャンバ装置において、第
1、第2および第3の電極手段が配設されている。前記
第1の電極手段はエンクロージャの外側かつ誘電体窓と
隣り合わせて配設され、それによってRF電圧が、エン
クロージャ内に導入されるプロセスガスに誘導結合され
てプラズマに変換される。前記第2の電極手段はエンク
ロージャ内に配設されており、エッチングしようとする
半導体ウェーハを少なくとも1つ保持し、上記第1の電
極手段によって発生されたプラズマを励起する。上記第
3の電極手段は第1の電極手段と誘電体窓間に配設され
ており、誘電体窓をスパッタリングして側壁に保護膜を
形成することにより半導体ウェーハの異方性・選択性エ
ッチングを可能とする。さらに上記第1、第2および第
3の電極は個々に独立して制御可能であり、その結果半
導体ウェーハのエッチングが最適化される。
【0009】
【発明の実施の形態】本願発明のエッチングチャンバ装
置は特に半導体ゲート導体スタックおよび金属配線用の
異方性・選択性エッチング装置であるが、その他の半導
体構造にも有用である。
【0010】
【実施例】図2に本願発明によるエッチングチャンバ装
置の実施例を参照番号30で示す。エッチングチャンバ
30は1つながりの壁面32を有したエンクロージャ3
1と、超純度の石英製の平らな誘電体窓34から概略構
成されている。エンクロージャ31はアルミニウム等の
導電性金属から作られるが、その他の公知材料から作る
こともできる。
【0011】引き続き図2において、本願発明のエッチ
ングチャンバ30は3つの独立して制御される電極3
6、42、48を有し、それらによって、半導体ウェー
ハ上のゲート導電体スタックと金属導線の高選択性・異
方性エッチングが可能となっている。より詳細には、電
極36は、エンクロージャ31の誘電体窓34の上部に
配設された渦巻き状の誘導コイルを有する。電極36は
RF発振器38に接続されており、それによって駆動さ
れる。エンクロージャ31内部には電極42が配置され
ており、1つあるいは複数の半導体ウェーハ44を保持
するための通常の導電性チャックを有している。チャッ
ク42はウェーハ44を保持するのみならず、エッチン
グ中にウェーハ温度を一定に保つよう動作する。第2の
RF発振器46がチャック42に結合されており、チャ
ック42とウェーハ44を駆動する。電極48は新規な
グリッド型電極を構成しており、それにより側壁の保護
膜形成が独立して制御される。このグリッド型電極48
はいずれの適当な導電材料からも作ることができる。グ
リッド型電極48はチャンバ30の誘導コイル36と誘
電体窓34間に配設されている。グリッド型電極48に
は第3の発振器50が結合されており、前者専用に制御
されるRFエネルギー源を構成している。
【0012】半導体ウェーハ44をエッチングする際に
は、RF発振器38、誘導コイル36、および誘電体窓
34は共働して、エンクロージャ31の40の部分へ導
入された特定のプロセスガスへRF電圧を誘導結合す
る。使用するガスの例としては、塩化水素(HCl)、
塩素(Cl)、窒素(N)、酸素(O)、その他
の適当なエッチングガスがある。この誘導性結合によ
り、特定の選択されたガスが誘導性プラズマに変換され
る。第2のRF発振器46によりチャックとウェーハが
一体として独立に駆動され、誘導コイル36と誘電体窓
34によって発生された誘導性プラズマがさらに励起さ
れる。グリッド電極48を駆動するRF発振器50を選
択的に制御してチャンバ30の誘電体窓34をスパッタ
することにより付加的な側壁保護膜を形成することがで
きるので、主エッチングの終期におけるエッチング生成
物の濃度が低減してきた時にも、異方性エッチングが可
能となる。これにより、ウェーハ44の下部酸化層に対
する選択性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は従来技術によるエッチングチャンバ装置
の略図である。
【図2】図2は本願発明によるエッチングチャンバ装置
の略図である。
【符号の説明】
12、32 壁面 14、34 誘電体窓 16 誘導コイル 18 RF発振器 20 第2RF発振器 22 チャック 24 ウェーハ 31 エンクロージャ 36 第1電極 38 第1RF発振器 42 第2電極 44 ウェーハ 46 第2RF発振器 48 第3電極 50 第3RF発振器

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体窓を有したエンクロージャと、 前記エンクロージャの外部かつ前記誘電体窓に隣り合っ
    て配設された第1の電極手段と、 前記エンクロージャ内に配設された第2の電極手段と、 前記第1電極手段と前記誘電体窓間に配設された第3の
    電極手段とを具備し、 前記第1電極手段により、前記エンクロージャ内に導入
    されたプロセスガスがRF電圧と誘導結合されることに
    より前記ガスがプラズマに変換され、 前記第2電極手段により、少なくとも1つのエッチング
    用半導体ウェーハが保持され、さらに前記第1電極手段
    によって発生された前記プラズマが励起され、 前記第3電極手段により前記誘電体窓がスパッタされて
    側壁に保護膜が形成され、その結果前記少なくとも1つ
    の半導体ウェーハの異方性・選択性エッチングが達成さ
    れ、 前記第1、第2、および第3電極手段が独立して制御さ
    れることにより前記少なくとも1つの半導体ウェーハの
    エッチングが最適化されることを特徴とする、半導体ウ
    ェーハの異方性・選択性エッチング用エッチングチャン
    バ装置。
  2. 【請求項2】 前記誘電体窓が石英板で構成された、請
    求項1記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記半導体ウェーハがポリシリコンを有
    する、請求項1記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記第1電極手段が第1のRF発振器に
    結合されている、請求項1記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記第2電極手段が第2のRF発振器に
    結合されている、請求項1記載の装置。
  6. 【請求項6】 前記第3電極手段が第3のRF発振器に
    結合されている、請求項1記載の装置。
  7. 【請求項7】 前記第1電極手段が誘導コイルを有す
    る、請求項1記載の装置。
  8. 【請求項8】 前記第2電極手段がウェーハ保持チャッ
    クを有する、請求項1記載の装置。
  9. 【請求項9】 前記第3電極手段がグリッド型の電極で
    構成されている、請求項1記載の装置。
  10. 【請求項10】 誘電体窓を有したエンクロージャと、 前記エンクロージャの外部かつ前記誘電体窓に隣り合わ
    せて配設された第1電極手段と、 前記エンクロージャ内に配設された第2電極手段と、 前記第1電極手段と前記誘電体窓の間に配設された第3
    電極手段と、 前記第1、第2、および第3電極手段にRFエネルギを
    供給するためのRF発振器手段を具備し、 前記第1電極手段により、前記エンクロージャ内に導入
    されたプロセスガスがRF電圧に誘導結合されることに
    より、前記ガスがプラズマに変換され、 前記第2電極手段により、少なくとも1つのエッチング
    用半導体ウェーハが保持され、さらに、前記第2電極手
    段によって発生せられた前記プラズマが励起され、 前記第3電極手段により、前記誘電体窓がスパッタされ
    て側壁に保護膜が形成されることにより、前記少なくと
    も1つの半導体ウェーハの異方性・選択性エッチングが
    達成され、 前記RF発振器手段により、前記第1、第2、および第
    3電極手段が独立して制御されることにより、前記少な
    くとも1つの半導体ウェーハのエッチングが最適化され
    ることを特徴とする、半導体ウェーハの異方性・選択性
    エッチング用エッチングチャンバ装置。
  11. 【請求項11】 前記RF発振器手段が3つの個別のR
    F発振器を有し、それぞれのRF発振器が前記第1、第
    2、および第3電極手段に対応して結合されている、請
    求項10記載の装置。
  12. 【請求項12】 前記第1電極手段が誘導コイルを有す
    る、請求項11記載の装置。
  13. 【請求項13】 前記第2電極手段がウェーハ保持チャ
    ックを有する、請求項12記載の装置。
  14. 【請求項14】 前記第3電極手段がグリッド型の電極
    で構成されている、請求項13記載の装置。
  15. 【請求項15】 前記誘電体窓が石英板で構成されてい
    る、請求項14記載の装置。
  16. 【請求項16】 誘電体窓を有したエンクロージャと、 前記エンクロージャの外部かつ前記誘電体窓に隣り合わ
    せて配設された誘導コイルと、 前記エンクロージャ内に配設されたウェーハ保持チャッ
    クとを具備し、 前記誘導コイルにより、エンクロージャ内にプラズマが
    発生され、 前記ウェーハ保持チャックにより、前記誘導コイルによ
    って発生された前記プラズマが励起されるよう構成され
    た、半導体ウェーハの異方性・選択性エッチング用エッ
    チングチャンバ装置において、 前記誘導コイルと前記誘電体窓間に配設された電極手段
    を具備し、 前記電極手段により前記誘電体窓がスパッタされて側壁
    に保護膜が形成されることにより、エンクロージャ内の
    チャック上に保持される前記少なくとも1つの半導体ウ
    ェーハが異方性・選択性エッチングされることを特徴と
    する、半導体ウェーハの異方性・選択性エッチング用エ
    ッチングチャンバ装置。
  17. 【請求項17】 前記誘導コイル、前記チャック、なら
    びに前記電極手段に対してRFエネルギを供給するため
    のRF発振器手段を具備した、請求項16記載の装置。
  18. 【請求項18】 前記RF発振器手段が3つの個別のR
    F発振器を備えており、それぞれのRF発振器が前記誘
    導コイル、前記チャック、ならびに前記電極手段のうち
    対応するものに結合されており、前記RF発振器手段に
    よって前記誘導コイル、前記チャック、ならびに前記電
    極手段が独立して制御されることにより、前記少なくと
    も1つの半導体ウェーハのエッチングが最適化されるこ
    とを特徴とする、請求項17記載の装置。
  19. 【請求項19】 前記誘電体窓が石英板で構成された、
    請求項16記載の装置。
  20. 【請求項20】 前記電極手段がグリッド型の電極で構
    成された、請求項16記載の装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011211225A (ja) * 2003-03-03 2011-10-20 Lam Research Corp デュアルドープゲートの用途におけるプロフィル制御とn/pローディングを改善する方法
CN115708395A (zh) * 2021-08-18 2023-02-21 北京北方华创微电子装备有限公司 等离子体发生装置及半导体工艺设备

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