JP2003518738A - シリコンの金属マスクエッチング方法 - Google Patents
シリコンの金属マスクエッチング方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、トレンチ、コンタクトビア、または類似のフィーチャをエッチングする方法を提供する。本方法は、フッ素を含むプラズマエッチャントと共に金属を含むマスキング材料の使用を必要とする。プラズマ供給ガスは少なくともフッ素含有化合物、例えば三フッ化窒素（ＮＦ3）、四フッ化炭素（ＣＦ4）、及び六フッ化硫黄（ＳＦ6）を含む。酸素（Ｏ2）、または酸素を含む化合物、または臭化水素（ＨＢｒ）、またはそれらの組合わせをプラズマ供給ガスに加えることができる。
Description
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、トレンチを形成する側壁のプロフィールについて制御しつつシリコ
ン基板に深い、特に少なくとも５０μｍの深さのトレンチをプラズマエッチング
す方法に関する。
ン基板に深い、特に少なくとも５０μｍの深さのトレンチをプラズマエッチング
す方法に関する。
【０００２】
（従来の技術）
半導体デバイスの製造において、シリコン基板に深いトレンチを形成すること
がしばしば必要である。一般に、二酸化シリコンは、下にあるシリコン基板にト
レンチをプラズマエッチングするためのマスキング材料として用いられていた。
シリコン酸化物に対するシリコンのプラズマエッチングの選択度、すなわちリコ
ン酸化物のエッチング速度に対するシリコンのエッチング速度の比は、プラズマ
エッチャントの組成に依存して、約４０：１までである。トレンチは、一般に塩
素又は酸素、又はそれらの組合わせを有するプラズマ供給ガスを用いて、シリコ
ン基板にエッチングされる。このプラズマ供給ガスは、プロフィールの制御のた
めに加えられた少量のＳＦ6を含んでいる。
がしばしば必要である。一般に、二酸化シリコンは、下にあるシリコン基板にト
レンチをプラズマエッチングするためのマスキング材料として用いられていた。
シリコン酸化物に対するシリコンのプラズマエッチングの選択度、すなわちリコ
ン酸化物のエッチング速度に対するシリコンのエッチング速度の比は、プラズマ
エッチャントの組成に依存して、約４０：１までである。トレンチは、一般に塩
素又は酸素、又はそれらの組合わせを有するプラズマ供給ガスを用いて、シリコ
ン基板にエッチングされる。このプラズマ供給ガスは、プロフィールの制御のた
めに加えられた少量のＳＦ6を含んでいる。
【０００３】
４０：１の選択度は、例えばゲート型電界効果トランジスタのような多くの製
造に対して許容できるけれども、多くのマイクロマシンニング応用、又は深いト
レンチキャパシタ、高周波回路用の深いトレンチ絶縁（deep trench isolation:
ＤＴＩ）、パワーデバイス、及び多くの他の応用に対しては適当でない。例え
ば、トレンチが２００μｍの深さの場合、ＤＲＡＭセルに用いられる深いトレン
チキャパシタに必要な種類の特に深いトレンチについて、４０：１の選択度は、
約５μｍのシリコン酸化物のマスク厚を必要とするが、これは多くの問題を生じ
る。このようなシリコン酸化物の厚いマスキング層の使用は、エッチングされる
に従ってトレンチの側壁のプロフィールを制御することが困難になる。何故なら
ば、エッチングの進行に従って、開口上のマスキング層のエッジが侵食され、開
口の上部における形状が変化するからである。
造に対して許容できるけれども、多くのマイクロマシンニング応用、又は深いト
レンチキャパシタ、高周波回路用の深いトレンチ絶縁（deep trench isolation:
ＤＴＩ）、パワーデバイス、及び多くの他の応用に対しては適当でない。例え
ば、トレンチが２００μｍの深さの場合、ＤＲＡＭセルに用いられる深いトレン
チキャパシタに必要な種類の特に深いトレンチについて、４０：１の選択度は、
約５μｍのシリコン酸化物のマスク厚を必要とするが、これは多くの問題を生じ
る。このようなシリコン酸化物の厚いマスキング層の使用は、エッチングされる
に従ってトレンチの側壁のプロフィールを制御することが困難になる。何故なら
ば、エッチングの進行に従って、開口上のマスキング層のエッジが侵食され、開
口の上部における形状が変化するからである。
【０００４】
選択度が４０：１以上に拡大されるシリコンのエッチング速度と比較して、十
分に低いエッチング速度を有する薄いマスキング層を有することが特に必要であ
る。
分に低いエッチング速度を有する薄いマスキング層を有することが特に必要であ
る。
【０００５】
（発明の概要）
本発明は、エッチングプロフィール（エッチングされた開口の周りの側壁の形
状）の制御を維持しつつ、１００μｍ以上の深さに、トレンチ、コンタクトビア
、又は類似のフィーチャをエッチングするための方法を提供する。本方法は、フ
ッ素を含むプラズマエッチャントと共に金属を含むマスキング材料の使用を必要
とする。デバイスのフィーチャがエッチングプロセスによって害を受けないまま
残るように、反応性のフッ素種と金属の組合せによって生成される副産物は、エ
ッチングプロセス条件下で実質的に不揮発性でなければならないし、エッチング
される基板上のフィーチャに充分非腐食性でなければならない。害を受けないこ
とによって、それは、基板における半導体デバイスのフィーチャ性能が影響を受
けないか、又は実質的に影響を受けないデバイスフィーチャを残すために、フィ
ーチャ性能に影響を与えるエッチングプロセスからの残留物が除かれることを意
味している。
状）の制御を維持しつつ、１００μｍ以上の深さに、トレンチ、コンタクトビア
、又は類似のフィーチャをエッチングするための方法を提供する。本方法は、フ
ッ素を含むプラズマエッチャントと共に金属を含むマスキング材料の使用を必要
とする。デバイスのフィーチャがエッチングプロセスによって害を受けないまま
残るように、反応性のフッ素種と金属の組合せによって生成される副産物は、エ
ッチングプロセス条件下で実質的に不揮発性でなければならないし、エッチング
される基板上のフィーチャに充分非腐食性でなければならない。害を受けないこ
とによって、それは、基板における半導体デバイスのフィーチャ性能が影響を受
けないか、又は実質的に影響を受けないデバイスフィーチャを残すために、フィ
ーチャ性能に影響を与えるエッチングプロセスからの残留物が除かれることを意
味している。
【０００６】
アルミニウムが金属を含むマスクのために好適な金属であるけれども、アルミ
ニウムは、殆どの半導体プロセスチャンバに既に存在し、アルミニウムの存在に
よって生じる影響は知られているので、他の金属を、それらがエッチングプロセ
ス条件の下で、実質的に不揮発性で、非腐蝕性のエッチング副産物を生成する限
り、マスキング材料として用いることができる。マスクとして推奨される金属材
料は、例として、アルミニウム、カドミウム、銅、クロム、ガリウム、インジウ
ム、鉄、マグネシウム、マンガン、ニッケル、及びこれらの組合せを挙げること
ができるが、これらに限定されない。銅またはマグネシウムの含有量が８重量％
以下、及び他の全構成物が２重量％以下である場合、特に、銅又はマグネシウム
とアルミニウムの組合は特に有用である。
ニウムは、殆どの半導体プロセスチャンバに既に存在し、アルミニウムの存在に
よって生じる影響は知られているので、他の金属を、それらがエッチングプロセ
ス条件の下で、実質的に不揮発性で、非腐蝕性のエッチング副産物を生成する限
り、マスキング材料として用いることができる。マスクとして推奨される金属材
料は、例として、アルミニウム、カドミウム、銅、クロム、ガリウム、インジウ
ム、鉄、マグネシウム、マンガン、ニッケル、及びこれらの組合せを挙げること
ができるが、これらに限定されない。銅またはマグネシウムの含有量が８重量％
以下、及び他の全構成物が２重量％以下である場合、特に、銅又はマグネシウム
とアルミニウムの組合は特に有用である。
【０００７】
プラズマ供給ガスは、例として、三フッ化窒素（ＮＦ3）、四フッ化炭素（Ｃ
Ｆ4）、六フッ化硫黄（ＳＦ6）、四フッ化珪素（ＳｉＦ4）、三フッ化メタン（
ＣＨＦ3）、二フッ化メタン（ＣＨ2Ｆ2）、及びペルフルオロ１−ブテン、又は
ペルフルオロ２−ブテン、又はペルフルオロシクロブタン（Ｃ4Ｆ8）のような少
なくともフッ素含有化合物を含むが、これらに限定されない。
Ｆ4）、六フッ化硫黄（ＳＦ6）、四フッ化珪素（ＳｉＦ4）、三フッ化メタン（
ＣＨＦ3）、二フッ化メタン（ＣＨ2Ｆ2）、及びペルフルオロ１−ブテン、又は
ペルフルオロ２−ブテン、又はペルフルオロシクロブタン（Ｃ4Ｆ8）のような少
なくともフッ素含有化合物を含むが、これらに限定されない。
【０００８】
エッチングされたフィーチャのプロフィール制御を助けて、エッチングされた
側壁上に保護層を与えるために、酸素、又は酸素含有化合物をプラズマ供給ガス
に加えることもできる。プラズマ供給ガスにおける酸素：フッ素の好適な原子比
は、約０.２５から約０.５０の範囲にある。例として、ＣＨ2Ｆ2とＳＦ6、及び
Ｏ2を含む、またはＣ4Ｆ8とＳＦ6、及びＯ2を含むプラズマ供給ガスは良く働く
が、これに限定されない。
側壁上に保護層を与えるために、酸素、又は酸素含有化合物をプラズマ供給ガス
に加えることもできる。プラズマ供給ガスにおける酸素：フッ素の好適な原子比
は、約０.２５から約０.５０の範囲にある。例として、ＣＨ2Ｆ2とＳＦ6、及び
Ｏ2を含む、またはＣ4Ｆ8とＳＦ6、及びＯ2を含むプラズマ供給ガスは良く働く
が、これに限定されない。
【０００９】
臭化水素（ＨＢｒ）のプラズマ供給ガスへの添加も、側壁の完全性を保護する
のに役立つ。且つ、上述の非ＨＢｒの化学的性質は良く働くけれども、それらは
自然に堆積する化合物であるので、例えば、ＳＦ6とＯ2、及びＨＢｒの組合せは
クリーニングプロセスを提供し、好ましい。
のに役立つ。且つ、上述の非ＨＢｒの化学的性質は良く働くけれども、それらは
自然に堆積する化合物であるので、例えば、ＳＦ6とＯ2、及びＨＢｒの組合せは
クリーニングプロセスを提供し、好ましい。
【００１０】
（発明の詳細な説明）１．定義
詳細な説明の前置きとして、この明細書及び請求項に用いられる、単数の"a"
、"an"及び"the"は、特に断らない限り、複数の概念を含む。したがって、例え
ば、"半導体"という用語は、一つの半導体の振舞い特性を有するために知られて
いるいろいろな異なる材料を含む。"金属"又は"金属質の"マスキング材料は、例
えば、アルミニウム、カドミウム、銅、クロム、ガリウム、インジウム、鉄、マ
ンガン、及びニッケルばかりでなく説明された応用に適する他の導電性材料をも
含む。
、"an"及び"the"は、特に断らない限り、複数の概念を含む。したがって、例え
ば、"半導体"という用語は、一つの半導体の振舞い特性を有するために知られて
いるいろいろな異なる材料を含む。"金属"又は"金属質の"マスキング材料は、例
えば、アルミニウム、カドミウム、銅、クロム、ガリウム、インジウム、鉄、マ
ンガン、及びニッケルばかりでなく説明された応用に適する他の導電性材料をも
含む。
【００１１】
本発明の説明に特に重要な特定の用語は以下に定義される。
用語"バイアス電力"は、基板に向かうイオンの引き付けを増加し、それにより
プラズマエッチングプロセスの異方性を増大するために、基板に加えられた電力
を言うが、それに限らない。
プラズマエッチングプロセスの異方性を増大するために、基板に加えられた電力
を言うが、それに限らない。
【００１２】
用語"エッチング構造"、"エッチングスタック"、又は"フィルムスタック"は、
一方の上に異なる材料が堆積された他方の層の集まりを言い、少なくともその一
部はエッチング処理中にエッチングされる。
一方の上に異なる材料が堆積された他方の層の集まりを言い、少なくともその一
部はエッチング処理中にエッチングされる。
【００１３】
用語"エッチングプロフィール"、又は"フィーチャプロフィール"は、エッチン
グされたフィーチャの側壁断面プロフィールを言うが、それに限らない。多くの
例において、エッチングプロフィールは、フィーチャが位置する（すなわち、基
板）側壁と表面間の角度によって説明される。用語"リエントラントプロフィー
ル(reentrant profile)"（"アンダーカット"プロフィールとしても知られている
）は、フィーチャの断面の幅が基板の開口から離れて距離が増大するに従って大
きくなる場合のフィーチャプロフィールを言う。用語"テーパ化された"プロフィ
ールは、フィーチャの断面の幅が、基板の表面の開口から離れて距離が増大する
に従って小さくなる場合のフィーチャプロフィールを言う。
グされたフィーチャの側壁断面プロフィールを言うが、それに限らない。多くの
例において、エッチングプロフィールは、フィーチャが位置する（すなわち、基
板）側壁と表面間の角度によって説明される。用語"リエントラントプロフィー
ル(reentrant profile)"（"アンダーカット"プロフィールとしても知られている
）は、フィーチャの断面の幅が基板の開口から離れて距離が増大するに従って大
きくなる場合のフィーチャプロフィールを言う。用語"テーパ化された"プロフィ
ールは、フィーチャの断面の幅が、基板の表面の開口から離れて距離が増大する
に従って小さくなる場合のフィーチャプロフィールを言う。
【００１４】
用語"フィーチャ"は、コンタクト、ビア、トレンチ、及び基板表面の形状を作
る他の構造を言うが、これに限定されない。
る他の構造を言うが、これに限定されない。
【００１５】
用語"フィーチャサイズ"は、一般に、フィーチャの最も小さな寸法（すなわち
、フィーチャの側壁間の最も短い距離）を言う。
、フィーチャの側壁間の最も短い距離）を言う。
【００１６】
用語"選択度"、又は"エッチング選択度"は、（a）２つの材料のエッチング速
度の比、及び（b）一方の材料のエッチング速度が他の材料に比べて増大される
ときエッチング中に達成される条件に言及するために用いられる。
度の比、及び（b）一方の材料のエッチング速度が他の材料に比べて増大される
ときエッチング中に達成される条件に言及するために用いられる。
【００１７】
用語"ソース電力"は、プラズマを維持し、エネルギーをチャンバ内で高エネル
ギーの種に与える役目をする電力を言う。 用語"基板"は、半導体材料、ガラス、セラミック、高分子材料、及び半導体産
業において使用する他の材料を含む。
ギーの種に与える役目をする電力を言う。 用語"基板"は、半導体材料、ガラス、セラミック、高分子材料、及び半導体産
業において使用する他の材料を含む。
【００１８】２．本発明を実行するための装置
本発明は、基板をプラズマに曝すのに適した如何なる装置においても実行する
ことができる。本装置は、バイアス電圧を基板へ印加することが好ましい。優れ
た結果をもたらした装置は誘導的に結合されたプラズマを用いている。ここで、
誘導性コイルへの電源及び基板へバイアスを与えるための電源は独立して制御さ
れる。これにより、イオン衝突が基板の表面上で生じるエネルギー量の選択に無
関係に所望のプラズマの選択を可能にする。
ことができる。本装置は、バイアス電圧を基板へ印加することが好ましい。優れ
た結果をもたらした装置は誘導的に結合されたプラズマを用いている。ここで、
誘導性コイルへの電源及び基板へバイアスを与えるための電源は独立して制御さ
れる。これにより、イオン衝突が基板の表面上で生じるエネルギー量の選択に無
関係に所望のプラズマの選択を可能にする。
【００１９】
しかし、本発明は、別々に制御することができないプラズマ電源及びバイアス
電源を有する装置内で、又は基板をプラズマに曝すのに適した他の形式のあらゆ
る装置内で行ってもよい。
電源を有する装置内で、又は基板をプラズマに曝すのに適した他の形式のあらゆ
る装置内で行ってもよい。
【００２０】
カルフォルニア州、サンタクララのアプライドマテリアルズ社から利用可能な
CENTURA（登録商標）DPS PlusTMは電源及びバイアス電源の制御を独立して行な
えるシステムの例である。
CENTURA（登録商標）DPS PlusTMは電源及びバイアス電源の制御を独立して行な
えるシステムの例である。
【００２１】
図１及び図２は、それぞれ、アプライドマテリアルズ社のCENTURA（登録商標
）シリコンエッチングシステムにおいて用いられる形式のCENTURA（登録商標）D
PS PlusTMシリコンエッチングチャンバ１０２の概略図である。CENTURA（登録商
標）DPS PlusTMポリシリコンエッチングチャンバ１０２は、標準のCENTURA（登
録商標）５２００エッチングメインフレーム上に取り付けられるように構成され
ている。ポリシリコンエッチングチャンバ１０２は、内部のセラミックドーム１
０６を有する上部チャンバ１０４及び下部チャンバ１０８を有する。下部チャン
バ１０８は単極の静電チャック(electrostatic chuck: ＥＳＣ)カソード１１０
を有する。ガスはセラミックのガス注入ノズル１１４を介してチャンバに導かれ
る。チャンバ圧力は、スロットルバルブ１１６を有する閉ループ圧力制御システ
ムによって制御される。
）シリコンエッチングシステムにおいて用いられる形式のCENTURA（登録商標）D
PS PlusTMシリコンエッチングチャンバ１０２の概略図である。CENTURA（登録商
標）DPS PlusTMポリシリコンエッチングチャンバ１０２は、標準のCENTURA（登
録商標）５２００エッチングメインフレーム上に取り付けられるように構成され
ている。ポリシリコンエッチングチャンバ１０２は、内部のセラミックドーム１
０６を有する上部チャンバ１０４及び下部チャンバ１０８を有する。下部チャン
バ１０８は単極の静電チャック(electrostatic chuck: ＥＳＣ)カソード１１０
を有する。ガスはセラミックのガス注入ノズル１１４を介してチャンバに導かれ
る。チャンバ圧力は、スロットルバルブ１１６を有する閉ループ圧力制御システ
ムによって制御される。
【００２２】
図２は、ポリシリコンエッチングチャンバ１０２の概略側断面図である。処理
中に、基板２２０は入口２２２を通して下部チャンバ１０８へ導かれる。基板２
２０は、チャック面上の誘電体膜(図示せず)の下に配置された導電層(図示せず)
にＤＣ電圧を印加することによって静電チャック(ＥＳＣ)カソード１１０の表面
上に正しく置かれる。カソード１１０と基板２２０は、ウエハリフト２２４によ
って上昇され、その結果、カソード１１０と基板２２０は処理位置に上昇される
。エッチングガスがセラミックのガス注入ノズル１１４を介して上部チャンバ１
０４に導かれる。ポリシリコンエッチングチャンバ１０２は、電力が実質的に１
２.５６ＭＨｚで動作する電源２２６及びマッチングネットワーク２２８を介し
て与えれる誘導性コイル２３４を用いて生成される誘導性結合のプラズマを用い
る。この装置を用いて、高密度のプラズマを生成し、維持することができる。ウ
エハ２２０は、実質的に１３.５６ＭＨｚで動作するＲＦ電源及びマッチングネ
ットワーク２３２を介してカソード１１０を通して加えられる電力を使用するこ
とによってバイアスされる。プラズマソース電力２２６とＲＦ電力２３０による
基板バイアスは、別々のコントローラ(図示せず)によって制御される。２つの異
なる材料間の境界までエッチングすることによって、エッチンの終点が示される
と、終点サブシステム(図示せず)がエッチングチャンバ１０２におけるプラズマ
によって放射される光における変化を監視することによって、エッチングプロセ
スの最後を感知する。
中に、基板２２０は入口２２２を通して下部チャンバ１０８へ導かれる。基板２
２０は、チャック面上の誘電体膜(図示せず)の下に配置された導電層(図示せず)
にＤＣ電圧を印加することによって静電チャック(ＥＳＣ)カソード１１０の表面
上に正しく置かれる。カソード１１０と基板２２０は、ウエハリフト２２４によ
って上昇され、その結果、カソード１１０と基板２２０は処理位置に上昇される
。エッチングガスがセラミックのガス注入ノズル１１４を介して上部チャンバ１
０４に導かれる。ポリシリコンエッチングチャンバ１０２は、電力が実質的に１
２.５６ＭＨｚで動作する電源２２６及びマッチングネットワーク２２８を介し
て与えれる誘導性コイル２３４を用いて生成される誘導性結合のプラズマを用い
る。この装置を用いて、高密度のプラズマを生成し、維持することができる。ウ
エハ２２０は、実質的に１３.５６ＭＨｚで動作するＲＦ電源及びマッチングネ
ットワーク２３２を介してカソード１１０を通して加えられる電力を使用するこ
とによってバイアスされる。プラズマソース電力２２６とＲＦ電力２３０による
基板バイアスは、別々のコントローラ(図示せず)によって制御される。２つの異
なる材料間の境界までエッチングすることによって、エッチンの終点が示される
と、終点サブシステム(図示せず)がエッチングチャンバ１０２におけるプラズマ
によって放射される光における変化を監視することによって、エッチングプロセ
スの最後を感知する。
【００２３】３．シリコンの金属マスクエッチング方法
前述したように、シリコンは、一般に塩素と酸素を含むプラズマ供給ガスを用
いてプラズマエッチングされる。しかし、このプラズマ供給ガスによって与えら
れるエッチャント種は、約４０：１の範囲にあるシリコン酸化物に対するシリコ
ンのエッチング選択度を与える。３００μｍの深さのトレンチをエッチングする
ために、シリコン酸化物のエッチングマスクは少なくとも７.５μｍ（７５，０
００Å）の厚さでなければならない。このような厚いマスクの使用は、下にある
基板表面上に著しいストレスを形成し、シリコン酸化物のマスク自身がこの厚さ
に形成されたストレスからひび割れするかもしれない。これらのファクタなどに
より、この厚さのマスクの使用は経済的に実用化できない。マスキング材料に対
するシリコンの選択度を改善するために、多くのいろいろなマスキング材料が考
えられた。我々は、金属を含むマスキング材料の使用を研究することを決めた。
いてプラズマエッチングされる。しかし、このプラズマ供給ガスによって与えら
れるエッチャント種は、約４０：１の範囲にあるシリコン酸化物に対するシリコ
ンのエッチング選択度を与える。３００μｍの深さのトレンチをエッチングする
ために、シリコン酸化物のエッチングマスクは少なくとも７.５μｍ（７５，０
００Å）の厚さでなければならない。このような厚いマスクの使用は、下にある
基板表面上に著しいストレスを形成し、シリコン酸化物のマスク自身がこの厚さ
に形成されたストレスからひび割れするかもしれない。これらのファクタなどに
より、この厚さのマスクの使用は経済的に実用化できない。マスキング材料に対
するシリコンの選択度を改善するために、多くのいろいろなマスキング材料が考
えられた。我々は、金属を含むマスキング材料の使用を研究することを決めた。
【００２４】
有用な、金属を含むマスキング材料は、シリコンのエッチング速度と比較して
ゆっくりエッチングし、形成されたエッチングの副産物はエッチングされた半導
体構造又はそこに含まれるフィーチャを害しない。我々は、もし、金属を含むマ
スキング材料からのエッチングの副産物が充分に不揮発性であれば、それらは、
マスキング材料のエッチング速度を制限するために使用することができ、４０：
１より著しく良好な、金属を含むマスキング材料に対するシリコンのエッチング
選択度を与えることを発見した。金属を含むマスキング材料の主成分がアルミニ
ウムであるとき、我々はフッ素を含むエッチャントとアルミニウム間の反応副産
物がアルミニウムを含むマスキング材料のエッチング速度を減少するように働き
、実質的に非腐蝕性であり、有利なエッチングプロセスを提供することが判った
。アルミニウムと塩素のエッチャント種のエッチング副産物は、アルミニウムを
含むマスクエッチング速度を充分減少するには揮発性でありすぎる。ヨウ素のエ
ッチャント種は、ヨウ素を扱うことの困難性及びアルミニウム-ヨウ素種の反応
から形成される副産物の揮発性のために選択されなかった。臭素とアルミニウム
のエッチング副産物は非常に腐蝕性である。標準状態におけるフッ化アルミニウ
ム(ＡｌＦ３)の副産物の融点は、約１２９０℃で、その温度ではそれは昇華する
(腐蝕に対する可能性を減少する)ことが特に役立つ。金属化合物に対する物理的
及び化学的特性を提供する出版されたハンドブックを用いて、当業者は、その分
野で知られたエッチャントと他の金属の組合わせを選択し、本発明の記載内で機
能する所望の不揮発性で、非腐蝕性の特性を提供する可能性のある金属/エッチ
ャントの副産物に到達することができる。
ゆっくりエッチングし、形成されたエッチングの副産物はエッチングされた半導
体構造又はそこに含まれるフィーチャを害しない。我々は、もし、金属を含むマ
スキング材料からのエッチングの副産物が充分に不揮発性であれば、それらは、
マスキング材料のエッチング速度を制限するために使用することができ、４０：
１より著しく良好な、金属を含むマスキング材料に対するシリコンのエッチング
選択度を与えることを発見した。金属を含むマスキング材料の主成分がアルミニ
ウムであるとき、我々はフッ素を含むエッチャントとアルミニウム間の反応副産
物がアルミニウムを含むマスキング材料のエッチング速度を減少するように働き
、実質的に非腐蝕性であり、有利なエッチングプロセスを提供することが判った
。アルミニウムと塩素のエッチャント種のエッチング副産物は、アルミニウムを
含むマスクエッチング速度を充分減少するには揮発性でありすぎる。ヨウ素のエ
ッチャント種は、ヨウ素を扱うことの困難性及びアルミニウム-ヨウ素種の反応
から形成される副産物の揮発性のために選択されなかった。臭素とアルミニウム
のエッチング副産物は非常に腐蝕性である。標準状態におけるフッ化アルミニウ
ム(ＡｌＦ３)の副産物の融点は、約１２９０℃で、その温度ではそれは昇華する
(腐蝕に対する可能性を減少する)ことが特に役立つ。金属化合物に対する物理的
及び化学的特性を提供する出版されたハンドブックを用いて、当業者は、その分
野で知られたエッチャントと他の金属の組合わせを選択し、本発明の記載内で機
能する所望の不揮発性で、非腐蝕性の特性を提供する可能性のある金属/エッチ
ャントの副産物に到達することができる。
【００２５】例１
：
８つの個々のエッチング実験がこの例で実行された。基板のウエハサイズは２
００ｍｍであり、ウエハはノッチが付けられた。３つのウエハは利用可能であり
、単一のウエハを用いて最大の情報を得るために、ウエハの部分は、ウエハが再
利用できるように、エッチングプロセス中保護された。エッチングプロセスは、
前述した種類のCENTURA（登録商標）DPS PlusTMポリシリコンエッチングチャン
バにおいて行なわれた。このエッチングチャンバは、ドームと壁の温度を制御す
るための熱交換器、及びウエハ基板が載置された静電チャックカソードの温度を
制御するため別箇の熱交換器が備えられた。
００ｍｍであり、ウエハはノッチが付けられた。３つのウエハは利用可能であり
、単一のウエハを用いて最大の情報を得るために、ウエハの部分は、ウエハが再
利用できるように、エッチングプロセス中保護された。エッチングプロセスは、
前述した種類のCENTURA（登録商標）DPS PlusTMポリシリコンエッチングチャン
バにおいて行なわれた。このエッチングチャンバは、ドームと壁の温度を制御す
るための熱交換器、及びウエハ基板が載置された静電チャックカソードの温度を
制御するため別箇の熱交換器が備えられた。
【００２６】
図３Ａは、エッチングされたウエハ部分３００のための膜構造の概略断面図で
ある。基板３０２は単結晶シリコンであった。アルミニウムライン３０４のパタ
ーンが基板３０２の上面３０３上に置かれ、それらの各々は１００μｍの幅３０
６と１.７μｍの厚さを有し、各々のライン３０４を分離する２ｍｍの間隔３１
０を有していた。この図面は、寸法を示すものではない。
ある。基板３０２は単結晶シリコンであった。アルミニウムライン３０４のパタ
ーンが基板３０２の上面３０３上に置かれ、それらの各々は１００μｍの幅３０
６と１.７μｍの厚さを有し、各々のライン３０４を分離する２ｍｍの間隔３１
０を有していた。この図面は、寸法を示すものではない。
【００２７】
単結晶シリコン基板３０２のエッチングを開始する前に、マスクの開口面積(
上にあるスペース３１０)に未だ残っているアルミニウムを除去する目的で、“
ブレークスルー”プラズマステップがアルゴン/塩素プラズマソースガスを用い
て行なわれた。このブレークスルー条件は、プロセスチャンバの圧力が１０ミリ
トル(mTorr)、プラズマソース電力は７５０ワット(W)、基板のバイアス電力は１
７５ワット(W)、アルゴンの流速は１７４ｓｃｃｍ、塩素の流速は２０ｓｃｃｍ
、チャンバ壁の温度は６５℃、カソード温度は１０℃、及びエッチング時間は２
０分であった。８つの実験の各々に対するエッチング条件、及びエッチングの結
果は表１に示されている。
上にあるスペース３１０)に未だ残っているアルミニウムを除去する目的で、“
ブレークスルー”プラズマステップがアルゴン/塩素プラズマソースガスを用い
て行なわれた。このブレークスルー条件は、プロセスチャンバの圧力が１０ミリ
トル(mTorr)、プラズマソース電力は７５０ワット(W)、基板のバイアス電力は１
７５ワット(W)、アルゴンの流速は１７４ｓｃｃｍ、塩素の流速は２０ｓｃｃｍ
、チャンバ壁の温度は６５℃、カソード温度は１０℃、及びエッチング時間は２
０分であった。８つの実験の各々に対するエッチング条件、及びエッチングの結
果は表１に示されている。
【００２８】
【表１】
表Ｉ
【００２９】
* エッチングされたシリコンラインのベース(底部)におけるライン幅に対する金
属マスクにおけるライン幅の比は、生じたエッチングプロフィールのアンダーカ
ットの量を示す。垂直なトレンチ壁のプロフィールに対する最適値(比)は１.０
ある。
属マスクにおけるライン幅の比は、生じたエッチングプロフィールのアンダーカ
ットの量を示す。垂直なトレンチ壁のプロフィールに対する最適値(比)は１.０
ある。
【００３０】
表Ｉのデータは、プラズマソースガスに対するＯ2の流速が増加すると、より
垂直なトレンチ壁のプロフィールになることを示している。続いて示されたデー
タと共に、このデータは、約１.７までＯ2：ＳＦ6の体積ガスの供給比が増加す
ると、他の変数の正規の値に依存して、より大きな垂直プロフィールになること
が期待されることを示している。表Ｉと表IIにある変数の特定の範囲に対して、
約１.２までＯ2：ＳＦ6の体積ガスの供給比が増加すると、より大きな垂直トレ
ンチ壁のプロフィールになる。
垂直なトレンチ壁のプロフィールになることを示している。続いて示されたデー
タと共に、このデータは、約１.７までＯ2：ＳＦ6の体積ガスの供給比が増加す
ると、他の変数の正規の値に依存して、より大きな垂直プロフィールになること
が期待されることを示している。表Ｉと表IIにある変数の特定の範囲に対して、
約１.２までＯ2：ＳＦ6の体積ガスの供給比が増加すると、より大きな垂直トレ
ンチ壁のプロフィールになる。
【００３１】
実験データをレビューすると、より大きな垂直の、エッチングされた壁のプロ
フィールは、プラズマ供給ガスへのＨＢｒの追加によって達成されることを示し
ている。しかし、他のプロセス変数は、ＨＢｒを使用するために調整されなけれ
ばならない。我々は、もし、他のプロセス変数が正しく調整されないならば、プ
ラズマ供給ガスへのＨＢｒの追加がエッチングプロフィールのより多くのアンダ
ーカット（トレンチ壁のベースにおけるライン幅に対するマスクにおけるライン
幅の高い比）を生じることを発見した。これは、予期しない結果である。ＨＢｒ
の追加は、一般にエッチング中にトレンチの側壁を保護し、より大きな垂直トレ
ンチの側壁プロフィールを可能にする。特に、シリコン基板のエッチング中にプ
ロセスチャンバの圧力は、約５ミリトルから約５０ミリトルの範囲にあるのが好
ましい。ＨＢｒがプラズマ供給ガスに加えられると、約５０ミリトルから約２０
ミリトルへのプロセスチャンバの圧力の減少は、より大きな垂直エッチング側壁
を与え、他の全てのファクターは一定に保たれる。約２０ミリトル以下の更なる
減少は、望ましくないアンダーカット、すなわちリエントラントプロフィールを
生じる。プロセスチャンバの圧力の調整に加えて、ＳＦ6の体積流速がＨＢｒの
流速と同じか、僅かに少ないと、良い結果が得られた。
フィールは、プラズマ供給ガスへのＨＢｒの追加によって達成されることを示し
ている。しかし、他のプロセス変数は、ＨＢｒを使用するために調整されなけれ
ばならない。我々は、もし、他のプロセス変数が正しく調整されないならば、プ
ラズマ供給ガスへのＨＢｒの追加がエッチングプロフィールのより多くのアンダ
ーカット（トレンチ壁のベースにおけるライン幅に対するマスクにおけるライン
幅の高い比）を生じることを発見した。これは、予期しない結果である。ＨＢｒ
の追加は、一般にエッチング中にトレンチの側壁を保護し、より大きな垂直トレ
ンチの側壁プロフィールを可能にする。特に、シリコン基板のエッチング中にプ
ロセスチャンバの圧力は、約５ミリトルから約５０ミリトルの範囲にあるのが好
ましい。ＨＢｒがプラズマ供給ガスに加えられると、約５０ミリトルから約２０
ミリトルへのプロセスチャンバの圧力の減少は、より大きな垂直エッチング側壁
を与え、他の全てのファクターは一定に保たれる。約２０ミリトル以下の更なる
減少は、望ましくないアンダーカット、すなわちリエントラントプロフィールを
生じる。プロセスチャンバの圧力の調整に加えて、ＳＦ6の体積流速がＨＢｒの
流速と同じか、僅かに少ないと、良い結果が得られた。
【００３２】
ＨＢｒがプロセスガスに存在しないと、約２０ミリトルから約３０ミリトルへ
のプロセスチャンバの圧力の増加によって、より大きな垂直トレンチ壁のプロフ
ィールを与え、トレンチ側壁のベースにおけるライン幅に対するマスクにおける
ライン幅の比は減少される。
のプロセスチャンバの圧力の増加によって、より大きな垂直トレンチ壁のプロフ
ィールを与え、トレンチ側壁のベースにおけるライン幅に対するマスクにおける
ライン幅の比は減少される。
【００３３】
２０ワットから５０ワットへの基板バイアスの増加は、より大きな垂直トレン
チの側壁を生成した。実質的に、不活性の希ガスがプロセス制御の目的で供給ガ
スに存在する。これらのガスは、一例としてアルゴン及びヘリウムを含むが、こ
れらの限定されない。
チの側壁を生成した。実質的に、不活性の希ガスがプロセス制御の目的で供給ガ
スに存在する。これらのガスは、一例としてアルゴン及びヘリウムを含むが、こ
れらの限定されない。
【００３４】
図３Ｂは、アルミニウムライン３０４の下にあるポリシリコン３０２のエッチ
ングされたトレンチ側壁３０５と３０７の概略断面図３２０である。この図は、
表Ｉに示された実験番号５のエッチングされた基板の形状から取っており、エッ
チング３２８の深さは、２０８μｍである。残りのアルミニウムのマスク厚３３
０は元の１.７μｍの約１.０μｍである。側壁３０５と３０７上の蓄積（ビルド
アップ）３２６は電子回折スペクトロメータを用いて解析された。このビルドア
ップ３２６は主にシリコン、フッ素、及びアルミニウムであり、そして僅かな酸
素が存在するようである。このビルドアップは、ＨＦ：Ｈ2Ｏの重量比は１：１
００であるＨＦの水溶液に基板を、環境温度で約１分間浸けることによって除去
された。図３Ｃは、ＨＦ溶液に浸けた後の図３Ｂの断面図３４０を示す。ベース
３４６におけるライン幅３４４に対するマスク３０４におけるライン幅３４２の
比は、表Ｉの結果の実験番号の各々に示されている。
ングされたトレンチ側壁３０５と３０７の概略断面図３２０である。この図は、
表Ｉに示された実験番号５のエッチングされた基板の形状から取っており、エッ
チング３２８の深さは、２０８μｍである。残りのアルミニウムのマスク厚３３
０は元の１.７μｍの約１.０μｍである。側壁３０５と３０７上の蓄積（ビルド
アップ）３２６は電子回折スペクトロメータを用いて解析された。このビルドア
ップ３２６は主にシリコン、フッ素、及びアルミニウムであり、そして僅かな酸
素が存在するようである。このビルドアップは、ＨＦ：Ｈ2Ｏの重量比は１：１
００であるＨＦの水溶液に基板を、環境温度で約１分間浸けることによって除去
された。図３Ｃは、ＨＦ溶液に浸けた後の図３Ｂの断面図３４０を示す。ベース
３４６におけるライン幅３４４に対するマスク３０４におけるライン幅３４２の
比は、表Ｉの結果の実験番号の各々に示されている。
【００３５】例２
：
この例では、５つの実験が行なわれた。エッチングされた膜の基板は、ライン
の幅及びライン間のスペースに関して、例１に記載されたものと同様であった。
しかし、ライン構造は、図４Ａに示されるように異なっていた。膜構造４００は
、単結晶シリコン基板４０２の上面に置かれているライン４０１を有した。ライ
ン４０１は、全体の厚さが５.３４μｍで、上面４０３に直接接触してＴＥＯＳ
４０４の４０００Åの厚さの層、ＴＥＯＳ層４０４の上にあるＳｉ3Ｎ4の１４０
０Åの厚さの層、Ｓｉ3Ｎ4層４０６の上にあるＡｌ-Ｃｕの４０,０００Å（４.
０μｍ）の厚さのマスク層４０８、及びＡｌ-Ｃｕマスク層４０８の上にある８,
０００Åの厚さのＴＥＯＳ層４１０を有する。
の幅及びライン間のスペースに関して、例１に記載されたものと同様であった。
しかし、ライン構造は、図４Ａに示されるように異なっていた。膜構造４００は
、単結晶シリコン基板４０２の上面に置かれているライン４０１を有した。ライ
ン４０１は、全体の厚さが５.３４μｍで、上面４０３に直接接触してＴＥＯＳ
４０４の４０００Åの厚さの層、ＴＥＯＳ層４０４の上にあるＳｉ3Ｎ4の１４０
０Åの厚さの層、Ｓｉ3Ｎ4層４０６の上にあるＡｌ-Ｃｕの４０,０００Å（４.
０μｍ）の厚さのマスク層４０８、及びＡｌ-Ｃｕマスク層４０８の上にある８,
０００Åの厚さのＴＥＯＳ層４１０を有する。
【００３６】
事前のクリーニン・グプラズマ・エッチング・ステップが表IIに記載されたエ
ッチングステップの前に任意に行なわれる。それが用いられるのは、マスクによ
って曝された基板表面の一部から破片（例えば、自然の酸化物）を除去するため
である。例２において、事前のクリーニング・プラズマ・エッチング・ステップ
は、一般に、炭素及びフッ素を含むプラズマ供給ガスから生成されたプラズマを
用いて行なわれる。この例では、プラズマ供給ガスは約８０ｓｃｃｍのＣＦ４で
、プロセスチャンバの圧力は、約６ミリトル、プラズマソース電力は約６００ワ
ット、基板バイアス電力は約９０ワット、カソード温度は約１０℃、プロセスチ
ャンバ壁の温度は約５５℃、そして事前クリーニングのエッチング時間は約１０
秒であった。
ッチングステップの前に任意に行なわれる。それが用いられるのは、マスクによ
って曝された基板表面の一部から破片（例えば、自然の酸化物）を除去するため
である。例２において、事前のクリーニング・プラズマ・エッチング・ステップ
は、一般に、炭素及びフッ素を含むプラズマ供給ガスから生成されたプラズマを
用いて行なわれる。この例では、プラズマ供給ガスは約８０ｓｃｃｍのＣＦ４で
、プロセスチャンバの圧力は、約６ミリトル、プラズマソース電力は約６００ワ
ット、基板バイアス電力は約９０ワット、カソード温度は約１０℃、プロセスチ
ャンバ壁の温度は約５５℃、そして事前クリーニングのエッチング時間は約１０
秒であった。
【００３７】
シリコン基板のエッチングに対するエッチング条件及びエッチング結果は、５
つのエッチング実験のそれぞれに対して表IIに与えられている。
つのエッチング実験のそれぞれに対して表IIに与えられている。
【００３８】
【表２】
表II
【００３９】
* 実験番号１-４はエッチングの振舞いを調べるために部分的なエッチングプロ
セスであった。実験番号５は最終点までの完全な、全スケールエッチングプロセ
スであった。 ** エッチング゛されるシリコンラインのベース（底部）におけるライン幅に対す
る金属マスクにおけるライン幅の比は、生じたエッチングプロフィールのアンダ
ーカットの量を示す。
セスであった。実験番号５は最終点までの完全な、全スケールエッチングプロセ
スであった。 ** エッチング゛されるシリコンラインのベース（底部）におけるライン幅に対す
る金属マスクにおけるライン幅の比は、生じたエッチングプロフィールのアンダ
ーカットの量を示す。
【００４０】
図４Ｂは、図４Ａに示された膜構造４００のエッチング後に実験番号５から取
った概略図であり、Ａｌ-Ｃｕのマスク層４０８の一部がプラズマエッチングさ
れ、一方、他の部分４０８ｂはエッチャントプラズマから保護されている。図４
Ｂは、表IIの実験番号５からのエッチングされた構造を示し、ポリシリコン４０
２へのエッチング深さ４１６は４２８μｍであった。シリコン基板４０４へエッ
チングされたライン４０１は、エッチングされたシリコン４１７のベースよりＡ
ｌ-Ｃｕマスク層においてかなり広い（ ７のマスク：エッチングベースにおける
ライン幅の比を有する）。これは、部分的には長いエッチング時間の結果である
が、エッチングプロセス中にエッチングされるシリコンの側壁４１３に対して充
分な保護を与えるのに主に失敗に帰している。
った概略図であり、Ａｌ-Ｃｕのマスク層４０８の一部がプラズマエッチングさ
れ、一方、他の部分４０８ｂはエッチャントプラズマから保護されている。図４
Ｂは、表IIの実験番号５からのエッチングされた構造を示し、ポリシリコン４０
２へのエッチング深さ４１６は４２８μｍであった。シリコン基板４０４へエッ
チングされたライン４０１は、エッチングされたシリコン４１７のベースよりＡ
ｌ-Ｃｕマスク層においてかなり広い（ ７のマスク：エッチングベースにおける
ライン幅の比を有する）。これは、部分的には長いエッチング時間の結果である
が、エッチングプロセス中にエッチングされるシリコンの側壁４１３に対して充
分な保護を与えるのに主に失敗に帰している。
【００４１】
プラズマ供給ガスへのＨＢｒの追加は、著しく改善された比を提供するために
、充分エッチングされた側壁の保護を与えることが期待される。ＨＢｒの追加の
有利な効果は、実験番号４において達成された１.０の比によって明示されてい
る。深いトレンチのエッチングにおける最近の実験は、ＨＢｒの約５０ｓｃｃｍ
から約８０ｓｃｃｍの追加によって、マスク：エッチングベースにおけるライン
幅の比を約１.２まで改善することを可能にし、他の全てのファクタは一定に保
たれる。
、充分エッチングされた側壁の保護を与えることが期待される。ＨＢｒの追加の
有利な効果は、実験番号４において達成された１.０の比によって明示されてい
る。深いトレンチのエッチングにおける最近の実験は、ＨＢｒの約５０ｓｃｃｍ
から約８０ｓｃｃｍの追加によって、マスク：エッチングベースにおけるライン
幅の比を約１.２まで改善することを可能にし、他の全てのファクタは一定に保
たれる。
【００４２】
実験番号５の膜構造について、シリコンライン４１０のエッチング後に残って
いるＡｌ-Ｃｕマスク層４０８ａ（図示されない第１のＴＥＯＳ層４０４と図示
されないＳｉ3Ｎ4層４０６を含む）の厚さは約４.５４μｍであった。８０００
ÅのＴＥＯＳの層４１０は失われたが、しかしＡｌ-Ｃｕマスク層の損失は無視
できるほどであった（保護されたＡｌ-Ｃｕマスク層構造４０１の厚さは５.３４
μｍ残った）。
いるＡｌ-Ｃｕマスク層４０８ａ（図示されない第１のＴＥＯＳ層４０４と図示
されないＳｉ3Ｎ4層４０６を含む）の厚さは約４.５４μｍであった。８０００
ÅのＴＥＯＳの層４１０は失われたが、しかしＡｌ-Ｃｕマスク層の損失は無視
できるほどであった（保護されたＡｌ-Ｃｕマスク層構造４０１の厚さは５.３４
μｍ残った）。
【００４３】
図４Ｃは、エッチング中にエッチング構造に加えられた横座標４３４に示され
たバイアス電力の関数として、縦座標４３２に示されたシリコンエッチング速度
の変化を示すグラフ４３０である。曲線４３６は、約７０ワットから約１００ワ
ットまでのバイアス電力の増加に対して、エッチング速度は約１.８７μｍ/分か
ら約１.８３μｍ/分まで（約２％）低下したことを示している。
たバイアス電力の関数として、縦座標４３２に示されたシリコンエッチング速度
の変化を示すグラフ４３０である。曲線４３６は、約７０ワットから約１００ワ
ットまでのバイアス電力の増加に対して、エッチング速度は約１.８７μｍ/分か
ら約１.８３μｍ/分まで（約２％）低下したことを示している。
【００４４】
図４Ｄは、エッチング中にエッチング構造に加えられた横座標４４４に示され
たバイアス電力の関数として、縦座標４４２上の選択度（アルミニウムのマスキ
ング材料のエッチング速度に対するシリコンのエッチング速度の比）の変化を示
すグラフ４３０である。曲線４４６は、約７０ワットから約１００ワットまでの
バイアス電力の増加に対して、選択度が約１８０から約１００まで（４４．５％
）減少したことを示している。
たバイアス電力の関数として、縦座標４４２上の選択度（アルミニウムのマスキ
ング材料のエッチング速度に対するシリコンのエッチング速度の比）の変化を示
すグラフ４３０である。曲線４４６は、約７０ワットから約１００ワットまでの
バイアス電力の増加に対して、選択度が約１８０から約１００まで（４４．５％
）減少したことを示している。
【００４５】
図４Ｃと図４Ｄに示されたトレンチにおいて、基板へのバイアス電力の増加に
よって、ポリシリコンのエッチング速度は最小の効果を有するが、逆に、金属マ
スク層に対するポリシリコンをエッチングするための選択度に影響を与えること
ができる。例１について説明したように、２０ワットから５０ワットまでの基板
バイアスの増加はより大きな垂直トレンチの側壁を生成した。
よって、ポリシリコンのエッチング速度は最小の効果を有するが、逆に、金属マ
スク層に対するポリシリコンをエッチングするための選択度に影響を与えること
ができる。例１について説明したように、２０ワットから５０ワットまでの基板
バイアスの増加はより大きな垂直トレンチの側壁を生成した。
【００４６】
実験データのリビューは、上述したように、他のプロセス変数が正しく調整さ
れるならば、ＨＢｒがプラズマ供給ガスに加えられると、より大きな垂直のエッ
チングされた側壁を得ることが可能であることを示した。
れるならば、ＨＢｒがプラズマ供給ガスに加えられると、より大きな垂直のエッ
チングされた側壁を得ることが可能であることを示した。
【００４７】
垂直の側壁プロフィールがエッチングされたフューチャに対して必要とされる
とき、異方性のエッチングが必要であり、異方性のエッチングの程度を増加する
ために、基板にバイアスが加えられる。しかし、加えられたバイアスの量が増加
すると、選択度は減少し、より厚いマスクが必要とされる。この分野の当業者は
、使用された特定の処理装置に対して、プロセス要件に基づいて、選択度が受け
入れ可能でないほど減少することなく、所望のエッチングプロフィールを与える
バイアスの大きさを容易に決めることができる。
とき、異方性のエッチングが必要であり、異方性のエッチングの程度を増加する
ために、基板にバイアスが加えられる。しかし、加えられたバイアスの量が増加
すると、選択度は減少し、より厚いマスクが必要とされる。この分野の当業者は
、使用された特定の処理装置に対して、プロセス要件に基づいて、選択度が受け
入れ可能でないほど減少することなく、所望のエッチングプロフィールを与える
バイアスの大きさを容易に決めることができる。
【００４８】
好ましくは、本発明を実施するために用いられる装置は、コンピュータによっ
て制御されるのに適している。図５はコンピュータ５００を示す。コンピュータ
５００は、プロセッサ５０２、命令５０６をストアスルのに適したメモリ５０４
、及び１つ以上のポート５０８を有する。プロセッサ５０２は、メモリ５０４と
連絡し、命令５０６を実行するするようにされる。又、プロセッサ５０２とメモ
リ５０４は、１つ以上のポート５０８と連絡するようにされている。ポート５０
８は、プラズマエッチングチャンバ５１２と連絡するようにされている。プラズ
マエッチングチャンバは、プロセッサ５０２からポート５０８を介して受け取る
信号にしたがって、プロセスステップを実行するようにされる。好ましくは、コ
ンピュータ５０２は、プラズマソースガスの成分及び供給速度、温度、チャンバ
の圧力、バイアス電力、プラズマソース発生電力等を制御する。好ましくは、コ
ンピュータ５０２は、チャンバにおける状態、したがって、プロセス変数を記載
する測定値を受け取るようにされる。このプログラムされた、プロセス変数の制
御によって、与えられた使用に対して必要とされる所定のデバイスのエッチング
プロフィールの生産を可能にする。
て制御されるのに適している。図５はコンピュータ５００を示す。コンピュータ
５００は、プロセッサ５０２、命令５０６をストアスルのに適したメモリ５０４
、及び１つ以上のポート５０８を有する。プロセッサ５０２は、メモリ５０４と
連絡し、命令５０６を実行するするようにされる。又、プロセッサ５０２とメモ
リ５０４は、１つ以上のポート５０８と連絡するようにされている。ポート５０
８は、プラズマエッチングチャンバ５１２と連絡するようにされている。プラズ
マエッチングチャンバは、プロセッサ５０２からポート５０８を介して受け取る
信号にしたがって、プロセスステップを実行するようにされる。好ましくは、コ
ンピュータ５０２は、プラズマソースガスの成分及び供給速度、温度、チャンバ
の圧力、バイアス電力、プラズマソース発生電力等を制御する。好ましくは、コ
ンピュータ５０２は、チャンバにおける状態、したがって、プロセス変数を記載
する測定値を受け取るようにされる。このプログラムされた、プロセス変数の制
御によって、与えられた使用に対して必要とされる所定のデバイスのエッチング
プロフィールの生産を可能にする。
【００４９】
当業者は、本開示に照らして、請求項に記載された本発明の主題と一致するよ
うにこれらの実施の形態を拡張することができるので、上述の好適な実施の形態
は、本発明の範囲を制限することを意図していない。
うにこれらの実施の形態を拡張することができるので、上述の好適な実施の形態
は、本発明の範囲を制限することを意図していない。
【図１】
本発明の方法を行うためのエッチング処理装置の好適な例である、アプライド
マテリアルズ社のCENTURA（登録商標）DPS PlusTMシリコンエッチング装置に用
いられる形式のポリシリコンエッチングチャンバの概略分解斜視図である。
マテリアルズ社のCENTURA（登録商標）DPS PlusTMシリコンエッチング装置に用
いられる形式のポリシリコンエッチングチャンバの概略分解斜視図である。
【図２】
図１に示されたポリシリコンエッチングチャンバ１０２の断面図である。
【図３Ａ】
シリコン基板上に堆積されたラインとその間隔を有するシリコン基板を有する
例１のエッチング構造の断面図３００を示す。シリコン基板３０２の上面３０３
に置かれたアルミニウムマスク３０４を示す。
例１のエッチング構造の断面図３００を示す。シリコン基板３０２の上面３０３
に置かれたアルミニウムマスク３０４を示す。
【図３Ｂ】
エッチング完了後の図３Ａのエッチング構造を示す。
【図３Ｃ】
エッチングされた構造がその表面から残留酸化物を除くために希ＨＦ溶液につ
けられるきれいにする処理後の図３Ｂの構造を示す。
けられるきれいにする処理後の図３Ｂの構造を示す。
【図４Ａ】
単結晶基板４０２の上面４０３上に載るライン４０４のパターンを有する例２
のエッチング構造の概略断面図を示す。ライン４０４の領域において、単結晶シ
リコン基板４０２の上面４０３は、上面４０３と直接接触するＴＥＯＳ４０４の
層、このＴＥＯＳ４０４上にあるＳＩ3Ｎ4層４０６、このＳＩ3Ｎ4層４０６上に
あるＡｌ-Ｃｕのマスク層４０８、及びこのＡｌ-Ｃｕのマスク層４０８上にある
第２のＴＥＯＳ層４１０を有する。
のエッチング構造の概略断面図を示す。ライン４０４の領域において、単結晶シ
リコン基板４０２の上面４０３は、上面４０３と直接接触するＴＥＯＳ４０４の
層、このＴＥＯＳ４０４上にあるＳＩ3Ｎ4層４０６、このＳＩ3Ｎ4層４０６上に
あるＡｌ-Ｃｕのマスク層４０８、及びこのＡｌ-Ｃｕのマスク層４０８上にある
第２のＴＥＯＳ層４１０を有する。
【図４Ｂ】
図４Ａに示された膜構造４００のエッチング後の概略図であり、Ａｌ-Ｃｕの
マスク層４０８の一部がプラズマエッチングされ、一方、他の部分４０８ｂはプ
エッチャントラズマから保護されている。シリコン基板４０２上にエッチングさ
れたライン４０４は、エッチングされたシリコン１７のベースにおけるよりＡｌ
-Ｃｕのマスク層においてかなり広く、すなわちラインの側壁のプロフィールは
著しくアンダーカットされている。
マスク層４０８の一部がプラズマエッチングされ、一方、他の部分４０８ｂはプ
エッチャントラズマから保護されている。シリコン基板４０２上にエッチングさ
れたライン４０４は、エッチングされたシリコン１７のベースにおけるよりＡｌ
-Ｃｕのマスク層においてかなり広く、すなわちラインの側壁のプロフィールは
著しくアンダーカットされている。
【図４Ｃ】
エッチン中にエッチング構造に与えられたバイアスの関数としてシリコンのエ
ッチング速度の変化を示すグラフである。
ッチング速度の変化を示すグラフである。
【図４Ｄ】
エッチン中にエッチング構造に与えられたバイアスの関数として選択度（アル
ミニウムのマスキング材料のエッチング速度に対するシリコンのエッチング速度
の比）シリコンのエッチング速度の変化を示すグラフである。
ミニウムのマスキング材料のエッチング速度に対するシリコンのエッチング速度
の比）シリコンのエッチング速度の変化を示すグラフである。
【図５】
制御システムを有する、本発明の方法を実行するための装置の概略図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 カーン アニスル
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
94087 サニーヴェイル コーンマラ ウ
ェイ ＃85 125
(72)発明者 リウ ウェイ
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
94087 サニーヴェイル アズール スト
リート ＃エイ12 936
(72)発明者 チャオ ジョン
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
95129 サン ホセ フィールズ ドライ
ヴ 1482
(72)発明者 チン ジェフ
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
94404 フォスター シティー セント
クロイ レーン 605
Ｆターム(参考） 5F004 AA02 BA20 BB13 BB18 BB22
CA02 CA03 CA04 CA06 DA00
DA01 DA15 DA16 DA17 DA18
DA22 DA23 DA26 DB01 EA05
EB01 EB05 EB08
5F032 AA35 DA23 DA25 DA28
5F083 AD15 GA27 PR03 PR07
Claims (18)
- 【請求項１】 シリコン基板にフィーチャをプラズマエッチングする方法で
あって、前記シリコン基板へのエッチングンの深さは少なくとも１００μｍであ
り、前記方法は、シリコンのエッチング速度に対するマスキング材料のエッチン
グ速度の比が４０：１より大きくなるように、前記マスキング材料に付着する不
揮発性の反応副産物を与えるエッチャントと共に金属を含むマスキング材料を用
いるステップを含み、、且つ前記不揮発性の反応副産物は、前記フィーチャが前
記プラズマエッチンによって害されずに残る前記基板におけるフィーチャに対し
て充分に非腐蝕性であることを特徴と方法。 - 【請求項２】 前記金属を含むマスキング材料は、アルミニウム、カドミウ
ム、銅、クロム、ガリウム、インジウム、鉄、マグネシウム、マンガン、ニッケ
ル、及びこれらの組合せからなるグループから選択されることを特徴とする請求
項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記プラズマエッチャントは、フッ素を含むことを特徴とす
る請求項１又は請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記金属を含むマスキング材料は、アルミニウムであること
を特徴とする請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記アルミニウムを含むマスキング材料は、アルミニウムと
銅の組合わせであり、他の構成物は全体で、約２.０重量％より少ないことを特
徴とする請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 前記アルミニウムを含むマスキング材料は、約８.０重量％
より少ないマグネシウムと組合されたアルミニウムであり、他の構成物は全体で
、約２.０重量％より少ないことを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 【請求項７】 前記フッ素を含むプラズマエッチャントは、ＮＦ3、ＣＦ4、
ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨ3Ｆ、Ｃ4Ｆ8、ＳＦ6、ＳｉＦ4およびこれらの組合せか
らなるグループから選択された化合物から生成されることを特徴とする請求項３
乃至請求項６のいずれか１つに記載された方法。 - 【請求項８】 Ｏ２、ＨＢｒおよびそれらの組み合わせからなるグループか
ら選択された追加のガスがエッチングプロフィールの制御を助けるために、前記
プラズマ供給ガスに加えられることを特徴とする請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記プラズマ供給ガスにおける酸素：フッ素の原子比は約０
.２５から約０.５０までの範囲にあることを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記プラズマエッチングが行われるプロセスチャンバの圧
力は約５ミリトルから約５０ミリトルまでの範囲にあることを特徴とする請求項
８に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記シリコン基板に加えられるバイアス電力は約１０ワッ
トから約１００ワットまでの範囲にあることを特徴とする請求項８に記載の方法
。 - 【請求項１２】 シリコン基板にフィーチャをプラズマエッチングする方法
であって、前記シリコン基板へのエッチングの深さは、少なくとも１００μｍで
あり、前記方法は、アルミニウム、カドミウム、銅、クロム、ガリウム、インジ
ウム、鉄、マグネシウム、マンガン、ニッケル、およびこれらの組合せからなる
グループから選択された金属を含むマスキング材料を、フッ素を含む化合物およ
び酸素を含むプラズマ供給ガスから生成されたフッ素を含むプラズマエッチャン
トと共に使用するステプを有する方法。 - 【請求項１３】 前記プラズマ供給ガス中の酸素：フッ素の原子比は約０.
２５から約０.５０までの範囲にあることを特徴とする請求項１２に記載の方法
。 - 【請求項１４】 前記プラズマ供給ガスはＨＢｒを含むことを特徴とする請
求項１２又は請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記方法は、約２０ミリトルから約５０ミリトルの範囲に
ある圧力において実行されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記方法は、約５ミリトルから約５０ミリトルの範囲にあ
る圧力において実行されることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の
方法。 - 【請求項１７】 （ａ）シリコン基板にフィーチャをプラズマエッチングす
るために命令をストアするメモリ、前記シリコン基板へのエッチングの深さは少
なくとも１００μｍであり、金属を含むマスキング材料を、シリコンのエッチン
グ速度に対する前記マスキング材料のエッチング側の比が４０：１より大きくな
るように、マスキング材料に付着する不揮発性の反応副産物を与えるエッチャン
トと共に使用し、且つ、前記不揮発性の反応副産物は、前記フィーチャが前記プ
ラズマエッチングによって害されないまま残る前記基板において、フィーチャに
十分非腐蝕性であり、 （ｂ）前記メモリと通信し、且つ前記メモリによってストアされた命令を実行す
るようにされたプロセッサ、 （ｃ）前記プロセッサからの命令にしたがって、基板をエッチャントに曝すよう
にされたエッチングチャンバ、及び （ｄ）前記プロセッサと前記エッチングチャンバ間で通信するようにされたポー
ト、 を有することを特徴とする装置。 - 【請求項１８】 請求項１または請求項１２の方法によって行なうエッチン
グプロセスを制御する装置をプログラムするために使用する複数のプログラム命
令を記録する記録媒体を有する製品。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/467,560 | 1999-12-20 | ||
| US09/467,560 US6491835B1 (en) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | Metal mask etching of silicon |
| PCT/US2000/034684 WO2001047005A1 (en) | 1999-12-20 | 2000-12-20 | Metal mask etching of silicon |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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