JPH1098022A - ドライエッチング装置及びドライエッチング方法 - Google Patents

ドライエッチング装置及びドライエッチング方法

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JPH1098022A
JPH1098022A JP8249960A JP24996096A JPH1098022A JP H1098022 A JPH1098022 A JP H1098022A JP 8249960 A JP8249960 A JP 8249960A JP 24996096 A JP24996096 A JP 24996096A JP H1098022 A JPH1098022 A JP H1098022A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】良好なエッチング均一性、エッチング形状及び
エッチング再現性を得ることができ、かつパーティクル
の発生を防止でき、量産性に優れたドライエッチング装
置及びドライエッチング方法を提供する。 【解決手段】所定間隔を隔てて対向して配置された電極
3、4を備え、反応性ガスを導入して電極3、4間にプ
ラズマを発生させ、被エッチング材1をドライエッチン
グする。プラズマにさらされる領域はAlを含まない材
科で作られ、かつ、反応性ガスとしてCF4のガスだけ
を用いる。電極3、4間にプラズマを閉じこめるための
リング状のカバー6が設けられているので、被エッチン
グ材1以外でプラズマにさらされる領域が極力少なくな
り、パーティクル対策として有効である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造工
程に用いられるドライエッチング装置及びドライエッチ
ング方法に関し、特に、半導体基板上に堆積された窒化
シリコン膜をドライエッチングする装置及び方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体装置の製造においては、
複数個の素子間を電気的に分離する工程が行われる。こ
の素子分離工程では、窒化シリコン膜をドライエッチン
グする方法が広く用いられている。
【0003】図6は、従来のドライエッチング方法を説
明するための説明図である。図6(A)に示すように、
被エッチング材は、半導体基板40を熱酸化処理して酸
化シリコン膜41を形成し、その酸化シリコン膜41上
に窒化シリコン膜42を被覆し、その窒化シリコン膜4
2上にフォトレジスト43を塗布した後、周知のリソグ
ラフィ技術によりレジストパターンを形成して、作られ
ている。
【0004】この被エッチング材を平行平板型RIE装
置(反応性イオンエッチング装置)を用いて、図6
(B)に示すように窒化シリコン膜42をドライエッチ
ングする。次いで、フォトレジスト43を除去し、熱酸
化処理を行い、窒化シリコン膜42、酸化シリコン膜4
1を除去することにより図6(C)に示すように、半導
体基板40に素子分離領域44が完成する。
【0005】窒化シリコン膜42をドライエッチングす
るときに用いられるエッチングガスとしては、従来か
ら、フルオロカーボンガスを含むガス系、例えばCHF
3/O2、CF4/CHF3、特開平5−251399号公
報に開示されているSF6/CHF3、特開昭56−12
2129号公報に開示されているCF4/H2、特開平1
−214025号公報に開示されているCF4/N2、特
開昭63ー41987号公報に開示されているCF4
2等が用いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来のドライエッチン
グ装置及びドライエッチング方法には、次のような問題
があった。 (1)CHF3/O2、CF4/CHF3、SF6/CHF3
を用いた場合、デポ性を有するCHF3ガスをエッチン
グに用いているので、半導体基板面内のエッチングとデ
ポの釣り合いにばらつきが生じてしまい、良好なエッチ
ング均一性が得られない。本出願の発明者の実験結果に
よれば、これらCHF3を用いたガス系でのエッチング
では8インチシリコン基板において±10%以下の均一
性(周辺3mm)を得ることができなかった。 (2)窒化シリコン膜のドライエッチングに、CF4
2、CF4/O2を用いた場合、N2、O2を添加したた
めフォトレジスト23との選択比が低下してしまい、所
望の寸法を得ることが難しく、寸法調整が困難になる。 (3)従来のドライエッチング装置のエッチング室内の
ガス供給板等はAl、アルマイト等で作られている。そ
のため、ガス供給板等がプラズマにさらされることによ
りエッチングガスに含まれるフッ素とAlが反応してパ
ーティクルが発生するという不都合がある。本出願の発
明者の実験結果によれば、例えばガス供給板の材質とし
てAl、アルマイトを適用してエッチングを行った場
合、ある程度の枚数を処理した時点、例えばSF6/C
HF3系では累積の放電時間で40時間程度でパーティ
クルが急激に増加した。 (4)窒化シリコン膜のドライエッチングにおいては、
下地膜である酸化シリコン膜を残す工程(以下、この工
程をLOCOSプロセスという。)と、窒化シリコン
膜、酸化シリコン膜、さらにはその下の半導体基板(シ
リコン基板)を数十nm(50〜70nm)エッチングする
工程(以下、この工程をRECESSプロセスとい
う。)とがあるが、従来のドライエッチング方法では、
両工程を1つのガス系で兼用することが困難である。
【0007】例えばCHF3/O2、CF4/H2を用いた
場合、RECESSプロセスにおいてSiのエッチレー
トが得られないため量産性に問題がある。CF4/CH
3をLOCOSプロセスに用いた場合、エッチング均
一性が悪いために窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との
界面でのエッチング終点検出が劣るために酸化シリコン
膜を残すことが困難になる。SF6/CHF3を用いた場
合、RECESSプロセスにおいて半導体基板(シリコ
ン基板)のエッチレートが数百nm/minと非常に高いた
めに、半導体基板(シリコン基板)を数十nmエッチング
するような場合、制御性、再現性が乏しいという問題が
ある。CF4/N2、CF4/O2を用いた場合、両工程に
おいて量産性、再現性は問題ないが、前述したように、
寸法調整の点で問題がある。
【0008】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、LOCOSプロセスとRECESSプロセスの
両プロセスにおいて、良好なエッチング均一性、エッチ
ング形状及びエッチング再現性を得ることができ、かつ
パーティクルの発生を防止でき、量産性に優れたドライ
エッチング装置及びドライエッチング方法を提供するこ
とを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のドライエッチン
グ装置は、所定間隔を隔てて対向して配置された電極を
備え、反応性ガスを導入して電極間にプラズマを発生さ
せ、被エッチング材をドライエッチングする装置であっ
て、プラズマにさらされる領域は、Alを含まない材科
で作られ、かつ、反応性ガスとしてCF4のガスだけを
用いることを特徴とするものである。
【0010】本発明によれば、反応性ガスとしてCF4
のガスだけを用いているので、良好なエッチング均一
性、エッチング形状及びエッチング再現性を得ることが
でき、量産性に優れたエッチングを行うことができる。
【0011】また、プラズマにさらされる領域はAlを
含まない材科で作られているので、パーティクルの発生
を防止できる。
【0012】本発明は又、電極間にプラズマを閉じこめ
るためのカバーが設けられているのが好ましい。この場
合には、被エッチング材以外でプラズマにさらされる領
域が極力少なくなり、パーティクル対策としてより有効
である。カバーは、一方の電極に設けられ、他方の電極
の周囲を覆うようにリング状に形成される。
【0013】カバーはボリイミド等の有機系材料で作ら
れ、ガス供給板はSiで作られるのが好ましい。
【0014】被エッチング材が載置される電極に接続さ
れる高周波電源の周波数は、13.56MHzである。
【0015】本発明のドライエッチング方法は、所定間
隔を隔てて対向して配置された電極を備え、反応性ガス
を導入して電極間にプラズマを発生させ、プラズマにさ
らされる領域にAlを含まないドライエッチング装置に
よって、CF4の反応性ガスだけを用いて被エッチング
材をエッチングすることを特徴とするものである。
【0016】プラズマの発光波長388nmの発光強度を
モニターしながらエッチングの終点を検出し、エッチン
グ制御を行う場合には、波長388nmの発光強度の変化
量は大きいので、エッチングの終点を高精度に検出する
ことができる。
【0017】電極温度については、窒化シリコン膜のエ
ッチング形状を垂直に維持すること、エッチング室内に
生ずるデポ物の抑制、カバーの耐熱性等を考慮すると、
電極温度が30〜50℃の範囲であり、かつ各電極の電
極温度が同一であることが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態に係る
ドライエッチング装置及びドライエッチング方法を図面
を参照しながら説明する。
【0019】図1に示すように、本発明のドライエッチ
ング装置は、被エッチング材1を収納するエッチング室
2を有する。エッチング室2の内部には、上部電極3と
下部電極4が所定間隔を隔てて上下に対向して配置され
る。上部電極3にはエッチング室2内にガスを供給する
ためのガス供給板5と、電極3、4間にプラズマを閉じ
こめるためのアノード(陽極)カバー6が取り付けられ
ている。ガス供給板5には多数のガス供給孔5aが形成
される。アノードカバー6は、上部電極3の周縁部に設
けられ、かつ、下部電極4の周囲を覆うようにリング状
に形成されている。
【0020】下部電極4にはマッチングボックス7を介
して高周波電源8が接続されている。高周波電源8の周
波数は、13.56MHzである。被エッチング材1
は、下部電極4上に載置される。また上部電極3及び下
部電極4の温度制御は各電極に接続されているチラー
9、10で行われる。
【0021】本発明のドライエッチング装置では、プラ
ズマにさらされる領域は、Alを含まない材科で作られ
ている。例えば、上記ガス供給板5はSiで作られ、ア
ノードカバー6はポリイミド等の有機材料で作られてい
る。また、反応性ガスとしては、CF4のガスだけを単
独で用いられ、ガス供給装置11からガス供給孔5aを
介してエッチング室1に導入される。
【0022】本発明のドライエッチング装置は又、図4
に示すように、プラズマの発光のうちCNの波長388
nmのスペクトルの発光強度を光センサ12からの検出信
号に基づき、エッチングの終点を検出するエッチング制
御装置13が設けられている。波長388nmの発光強度
の変化量は大きいので、エッチングの終点を高精度に検
出することができ、信頼性の高いエッチングが可能とな
る。
【0023】図2は、LOCOSプロセスにおける本発
明のドライエッチング方法を説明するための説明図であ
る。図2(A)に示すように、被エッチング材1は、半
導体基板20を熱酸化処理して約40nmの酸化シリコン
膜21を形成し、その酸化シリコン膜21上に約120
nmの窒化シリコン膜22を被覆し、その窒化シリコン膜
22上にフォトレジスト23を塗布した後、周知のリソ
グラフィ技術によりレジストパターンを形成して、作ら
れている。
【0024】この被エッチング材1を図1に示す本発明
のドライエッチング装置を用いてドライエッチングを行
う。エッチング条件は CF4:50〜100sccm 圧力:10〜20Pa RFパワー密度:1.23〜1.85W/cm2 の条件の範囲の適当な組み合わせで行われる。
【0025】まず、図2(B)に示すように窒化シリコ
ン膜22をドライエッチングする。この時、発光波長3
88nmをモニターすることにより図2(B)に示すよう
に窒化シリコン膜22と酸化シリコン膜21の界面でエ
ッチングを止めることが可能である。次いで、フォトレ
ジスト23を除去し、熱酸化処理を行い、窒化シリコン
膜22、酸化シリコン膜21を除去することにより図2
(C)に示すように、半導体基板20に素子分離領域2
4が完成する。
【0026】窒化シリコン膜22のエッチングに関し、
更に第2段階として、 CF4:50〜100sccm 圧力:10〜20Pa RFパワー密度:0.31〜0.62 W/cm2 の条件の範囲の適当な組合せで20〜30secエッチン
グを行えば、窒化シリコン膜22の残部を生じることの
ない信頼性の高いエッチングが可能となる。
【0027】また、電極温度については、窒化シリコン
膜22のエッチング形状を垂直に維持すること、エッチ
ング室2内に生ずるデポ物の抑制、アノードカバー6の
耐熱性等を考慮すると、電極温度が30〜50℃の範囲
であり、かつ2枚の各電極3、4の電極温度が同一であ
ることが好ましい。
【0028】図3は、RECESSプロセスにおける本
発明のドライエッチング方法を説明するための説明図で
ある。図3(A)に示すように、被エッチング材は、半
導体基板30を熱酸化処理して約40nmの酸化シリコン
膜31を形成し、その酸化シリコン膜31上に約120
nmの窒化シリコン膜32を被覆し、その窒化シリコン膜
32上にフォトレジスト33を塗布した後、周知のリソ
グラフィ技術によりレジストパターンを形成して、作ら
れている。
【0029】この被エッチング材を図1に示す本発明の
ドライエッチング装置を用いてドライエッチングを行
う。エッチング条件は CF4:50〜100sccm 圧力:10〜20Pa RFパワー密度:1.23〜1.85W/cm2 の範囲の適当な細み合わせでエッチングを行う。
【0030】図5は上述したエッチング条件でエッチン
グを行い、発光波長388nmの発光強度の経時変化を示
すグラフである。図5からわかるように、発光強度が2
度急激に減少しており、1度目は窒化シリコン膜32と
酸化シリコン膜31の界面、2度目は酸化シリコン膜3
1と半導体基板30の界面で変化していることがわか
る。この2度の発光強度の変化のモニターを前述したエ
ッチング制御装置13によって行えば所望のエッチング
が可能である。
【0031】例えば、エッチング条件として、CF4
75sccm 、圧力:10Pa、RFパワー密度:1.23
W/cm2 でのSiのエッチングレートは約80nm/minで
あることから、本実施の形態では発光強度が2度変化し
た後、45secエッチングを行うと図3(B)に示すよ
うに半導体基板30は60nmエッチングされる。
【0032】その後、図3(C)に示すようにフォトレ
ジスト33を除去し熱酸化処理を行い、窒化シリコン膜
32、酸化シリコン膜31を除去することにより半導体
基板30に素子分離領域34が完成する。
【0033】また電極温度については、窒化シリコン膜
32のエッチング形状を垂直に維持すること、エッチン
グ室3内に生ずるデポ物の抑制、アノードカバー6の耐
熱性等を考慮すると電極温度が30〜50℃の範囲であ
り、かつ2枚の電極3、4の温度が同一であるのが好ま
しい。
【0034】本発明によるドライエッチング装置及びド
ライエッチング方法によれば、反応性ガスとしてCF4
のガスだけを用いているので、良好なエッチング均一性
が得られる。本出願の発明者が行った実験によれば、8
インチシリコン基板で周辺3mmまでで土3%程度という
良好な結果が得られた。
【0035】また、LOCOSプロセス、RECESS
プロセスの両プロセスにおいても、従来技術に比べ良好
なエッチング形状及びエッチング再現性を得ることがで
き、量産性にも優れている。
【0036】さらに、プラズマにさらされる領域はAl
を含まない材科で作られているので、パーティクルの発
生を防止できる。本出願の発明者が行った実験によれ
ば、8インチシリコン基板について累積放電時間で10
0時間以上、量産に問題ない状態であることが判明して
おり、パーティクルの抑制に非常に有効である。
【0037】なお本発明は、上記実施の形態に限定され
ることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項
の範囲内において、種々の変更が可能である。
【0038】
【発明の効果】本発明によるドライエッチング装置及び
ドライエッチング方法によれば、次のような優れた効果
を奏する。 (1)反応性ガスとしてCF4のガスだけを用いている
ので、良好なエッチング均一性が得られる。 (2)LOCOSプロセス、RECESSプロセスの両
プロセスにおいても、従来技術に比べ良好なエッチング
形状及びエッチング再現性を得ることができ、量産性に
も優れている。 (3)プラズマにさらされる領域はAlを含まない材科
で作られているので、パーティクルの発生を防止でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のドライエッチング装置の構成を示す構
成図である。
【図2】LOCOSプロセスにおける本発明のドライエ
ッチング方法を説明するための説明図である。
【図3】RECESSプロセスにおける本発明のドライ
エッチング方法を説明するための説明図である。
【図4】エッチングの終点を制御するための制御装置を
示す構成図である。
【図5】本発明の発光強度の経時変化を示すグラフであ
る。
【図6】従来のドライエッチング方法を説明するための
説明図である。
【符号の説明】
1:被エッチング材 2:エッチング室 3:上部電極 4:下部電極 5:ガス供給板 6:アノードカバー 8:高周波電源 11:ガス供給装置 20:半導体基板 21:酸化シリコン膜 22:窒化シリコン膜 23:フォトレジスト 24:素子分離領域

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定間隔を隔てて対向して配置された電極
    を備え、反応性ガスを導入して前記電極間にプラズマを
    発生させ、被エッチング材をドライエッチングする装置
    であって、 前記プラズマにさらされる領域は、Alを含まない材科
    で作られ、かつ、反応性ガスとしてCF4のガスだけを
    用いることを特徴とするドライエッチング装置。
  2. 【請求項2】前記電極間にプラズマを閉じこめるための
    カバーが設けられていることを特徴とする請求項1に記
    載のドライエッチング装置。
  3. 【請求項3】前記カバーは、一方の電極に設けられ、か
    つ、他方の電極の周囲を覆うようにリング状に形成され
    ることを特徴とする請求項2に記載のドライエッチング
    装置。
  4. 【請求項4】前記カバーは、有機系材料で作られ、か
    つ、ガス供給板はSiで作られていることを特徴とする
    請求項2又は3に記載のドライエッチング装置。
  5. 【請求項5】被エッチング材が載置される電極に接続さ
    れる高周波電源の周波数が13.56MHzであること
    を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つの項に記載
    のドライエッチング装置。
  6. 【請求項6】所定間隔を隔てて対向して配置された電極
    を備え、反応性ガスを導入して前記電極間にプラズマを
    発生させ、プラズマにさらされる領域にAlを含まない
    ドライエッチング装置によって、CF4の反応性ガスだ
    けを用いて被エッチング材をエッチングすることを特徴
    とするドライエッチング方法。
  7. 【請求項7】プラズマの発光波長388nmの発光強度を
    モニターしながらエッチングの終点を検出し、エッチン
    グ制御を行うことを特徴とする請求項6に記載のドライ
    エッチング方法。
  8. 【請求項8】前記電極の電極温度が30乃至50℃の範
    囲であり、かつ各電極の温度が同一であることを特徴と
    する請求項6又は7に記載のドライエッチング方法。
JP8249960A 1996-09-20 1996-09-20 ドライエッチング装置及びドライエッチング方法 Expired - Fee Related JP3019002B2 (ja)

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