JP2007134660A - ドライエッチング方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】処理室にて、エッチングガスをプラズマ化し、Siから成る被処理体をエッチングする方法であって、a)フッ素化合物ガス、酸素及び希ガスを含む第一エッチングガスを前記処理室に導入し、前記被処理体をエッチングする工程、b)フッ素化合物ガス及び酸素を含み、第一エッチングガスより少ない希ガスを含んでよい第二エッチングガスを前記処理室に導入し、前記被処理体をエッチングする工程、及びc) a)工程とb)工程を交互に所望の回数繰り返すドライエッチング方法である。
【選択図】なし
Description
図2(a)及び(b)の各々には、シリコン基板(200)の上にマスク(210)が配置され、マスクの下のシリコン基板内に、トレンチ(220)が形成されている。マスク(210)の開口部から垂直に下方にトレンチ(220)が形成されている。
図2(a)に示すトレンチ(220)の断面の輪郭は、長方形と成っており、トレンチ(220)の幅は一定であり、壁には、凹凸がない。
図2(b)に示すトレンチ(220)の断面は、テーパ形状と成っており、トレンチ(220)の幅は下方に向かって一定の割合で狭くなり、壁には、凹凸がない。
式I:サイドエッチング比=(アンダーカット(330)+ボーイング(340))/深さ(d)
即ち、サイドエッチング比は、深さに対して側方方向に最大どれくらいエッチングが進行したかを示す指標であるといえる。
サイドエッチング比は、理想的には0であるが、トレンチの深さを考慮した全体的な形状から、0.05以下であることが好ましい。
特許文献1は、プラズマエッチングの前及び/又はその間に、C4F8を用いることにより、トレンチの側壁上にケイ素化合物から成る保護膜を形成することで、良好な形状を有するトレンチを形成する方法を開示する。しかし、この方法は、C4F8に由来する保護膜の形成によりトレンチの側壁上に凹凸を生じ得る、C4F8を用いるために、エッチングガスの切り替え時間が必要であり全体としてのエッチング速度が遅い、処理室内壁に保護膜が堆積するので、プラズマの状態を不安定にさせ、シリコン基板の処理枚数の増大に伴いエッチング特性が変動する等の問題がある。
処理室において、エッチングガスをプラズマ化して、Siから成る被処理体をドライエッチングする方法であって、
a) フッ素化合物ガス、酸素及び希ガスを含む第一エッチングガスを前記処理室に導入し、前記第一エッチングガスをプラズマ化して、前記被処理体をエッチングする第一エッチング工程、
b) フッ素化合物ガス及び酸素を含み、第一エッチングガスより少ない希ガスを含んでよい第二エッチングガスを前記処理室に導入し、前記第二エッチングガスをプラズマ化して、前記被処理体をエッチングする第二エッチング工程、及び
c) a)第一エッチング工程とb)第二エッチング工程を交互に所望の回数繰り返す工程
を含んで成るドライエッチング方法である。
処理室において、エッチングガスをプラズマ化して、Siから成る被処理体をドライエッチングする方法であって、
a) フッ素化合物ガス及び酸素を含み、希ガスを含み得る第一エッチングガスを前記処理室に導入し、前記第一エッチングガスをプラズマ化して、前記被処理体をエッチングする第一エッチング工程、
b) フッ素化合物ガス及び酸素を含み、希ガスを含み得る第一エッチングガスより多い希ガスを含む第二エッチングガスを前記処理室に導入し、前記第二エッチングガスをプラズマ化して、前記被処理体をエッチングする第二エッチング工程、及び
c) a)第一エッチング工程とb)第二エッチング工程を交互に所望の回数繰り返す工程
を含んで成るドライエッチング方法である。
第一エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、第一エッチングガスの総流量の50〜95%であり、第二エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、第二エッチングガスの総流量の50%未満であるドライエッチング方法を提供する。
第一エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、100〜2200sccmであるドライエッチング方法を提供する。
第二エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、0〜1200sccmであるドライエッチング方法を提供する。
a)第一エッチング工程を行う時間とb)第二エッチング工程を行う時間の比(a)工程/b)工程)は、1/3〜3/1であるドライエッチング方法を提供する。
第一エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、第一エッチングガスの総流量の50%未満であり、第二エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、第二エッチングガスの総流量の50〜95%であるドライエッチング方法を提供する。
第一エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、0〜1200sccmであるドライエッチング方法を提供する。
第二エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、100〜2200sccmであるドライエッチング方法。
a)第一エッチング工程を行う時間とb)第二エッチング工程を行う時間の比(a)工程/b)工程)は、1/3〜3/1であるドライエッチング方法を提供する。
上述の一の要旨のドライエッチング方法では、第一エッチングガスは、第二エッチングガスより多くの希ガスを含むが、他の要旨のドライエッチング方法では、第二エッチングガスが、第一エッチングガスより多くの希ガスを含む。
従って、一の要旨のドライエッチング方法は、初めに希ガスをより多く含む第一エッチングガスを用いてエッチングを行い、その後より少ない希ガスを含む又は希ガスを含まない第二エッチングガスを用いてエッチングを行い、必要に応じてこれを繰り返すドライエッチング方法である。
これに対し、他の要旨のドライエッチング方法は、初めに希ガスの少ない又は希ガスを含まない第一エッチングガスを用いてエッチングを行い、その後より希ガスを多く含む第二エッチングガスを用いてエッチングを行い、必要に応じてこれを繰り返すドライエッチング方法である。
図1のICP型エッチング装置(100)は、上述したようにエッチングチャンバ(110)、エッチングチャンバ内の上部電極(120)及び下部電極(130)、高周波電源(140)及び(150)、ガス導入口(160)及びガス排気口(170)を備える。本発明のドライエッチング方法を実施するために、図1の装置は更に下記の仕様を有することが好ましい。
まず、下部電極(130)上に、Siから成る被処理体を配置する。
Siから成る被処理体は、通常、Siから成る被処理体として、ドライエッチングに供されているものであれば、特に制限されるものではない。そのようなSiから成る被着体として、例えば、シリコン基板等を例示することができる。
第一エッチングガスは、フッ素化合物ガス、酸素及び希ガスを含んで成る。フッ素化合物ガスとして、例えば、SF6、NF3、BF3、PF5及びF2から選択される少なくとも一種を例示でき、SF6が好ましい。希ガスとして、例えば、ヘリウム及びアルゴンから選択される少なくとも一種を例示でき、ヘリウムが好ましい。
エッチングチャンバ(110)内の圧力は、本発明のドライエッチング方法において、5〜30Paであることが好ましく、10〜25Paであることがより好ましく、15〜20Paであることが特に好ましい。
第一エッチングガスに含まれるフッ素化合物ガスの流量は、50〜900sccmであることが好ましく、100〜300sccmであることがより好ましく、150〜200sccmであることが特に好ましい。
第一エッチングガスに含まれる酸素の流量は、50〜450sccmであることが好ましく、65〜200sccmであることがより好ましく、80〜100sccmであることが特に好ましい。
高周波電源(150)が、下部電極(130)に供給する高周波電力の周波数は、0.5〜60MHzであることが好ましく、13.56MHzであることが特に好ましい。高周波電源(150)が供給する高周波電力の出力は、10〜500Wであることが好ましく、50〜300Wであることがより好ましく、200〜250Wであることが特に好ましい。
第二エッチングガスは、フッ素化合物ガス及び酸素を含み、第一エッチングガスより少ない希ガスを含んでよい。フッ素化合物ガスは、第一エッチングガスと同様である。
第二エッチングガスに含まれるフッ素化合物ガスの流量は、50〜900sccmであることが好ましく、100〜300sccmであることがより好ましく、150〜200sccmであることが特に好ましい。
第二エッチングガスに含まれる酸素の流量は、50〜450sccmであることが好ましく、65〜200sccmであることがより好ましく、80〜100sccmであることが特に好ましい。
第二エッチングガスを用いるエッチング工程は、所望の時間行う。例えば、1〜60秒間行うことが好ましく、3〜15秒間行うことがより好ましく、3〜5秒間行うことが特に好ましい。
第一エッチング工程と第二エッチング工程の時間の比(第一エッチング工程/第二エッチング工程)は、1/3〜3/1であることが好ましく、1/2〜2/1であることがより好ましく、1/1であることが特に好ましい。
第一エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、第一エッチングガスの総流量の55〜80%であり、第二エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、第二エッチングガスの総流量の25%未満であることがより好ましい。
第一エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、第一エッチングガスの総流量の60〜70%であり、第二エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、第二エッチングガスの総流量の実質的に0%であることが特に好ましい。
他の要旨のドライエッチング方法は、他の要旨の第一エッチングガスを用いる第一エッチング工程に上述の一の要旨の第二エッチングガスを用いる第二エッチング工程が対応し、他の要旨の第二エッチングガスを用いる第二エッチング工程に上述の一の要旨の第一エッチングガスを用いる第一エッチング工程が対応することを除いて、上述の一の要旨ドライエッチング方法と、同様に行うことができる。
更に、他の要旨の第一エッチングガスは、上述の一の要旨の第二エッチングガスと同様でよく、フッ素化合物ガス及び酸素を含み、より少ない希ガスを含んでよい。
他の要旨の第一エッチングガスのフッ素化合物ガスの流量と酸素の流量の比、フッ素化合物ガスの流量、酸素の流量、希ガスの流量、第一エッチング工程の時間等は、上述の一の要旨の第二エッチングガスのもの及び第二エッチング工程の時間等と同様でよい。
他の要旨の第二エッチングガスのフッ素化合物ガスの流量と酸素の流量の比、フッ素化合物ガスの流量、酸素の流量、希ガスの流量、第一エッチング工程の時間等は、上述の一の要旨の第一エッチングガスのもの及び第一エッチング工程の時間等と同様でよい。
他の要旨の第一エッチング工程と第二エッチング工程の時間の比(第一エッチング工程/第二エッチング工程)は、1/3〜3/1であることが好ましく、1/2〜2/1であることがより好ましく、1/1であることが特に好ましい。
得られるトレンチ等のサイドエッチング比は、好ましくは0〜0.05であり、より好ましくは0〜0.04であり、特に好ましくは0〜0.03である。
得られるトレンチ等の深さは、好ましくは50〜400μmであり、より好ましくは50〜200μmであり、特に好ましくは50〜150μmである。
本発明のドライエッチング方法は、そのようなトレンチ等を、好ましくは1〜10μm/分のエッチング速度で、より好ましくは2〜8μm/分のエッチング速度で、特に好ましくは3〜5μm/分のエッチング速度で、例えばシリコン基板に形成することができる。
以上説明したように、本発明に係るドライエッチング方法は、深さが、深く、良好な輪郭を有するトレンチ等を、好ましいより速いエッチング速度で形成することができるという、バランスに優れるエッチング方法である。
本発明者等は、種々の検討からSF6は、系の圧力が低いほど、Fラジカルを放出しないこと、即ち、サイドエッチング比が小さいこと、また、系の圧力が低いとエッチング速度が低下することに注目した。従って、サイドエッチング比が小さいことと、エッチング速度を上昇させることは、トレードオフの関係にあることに気付いた。更に、Heによる希釈の割合が大きいとFラジカルのトレンチ内における滞在時間が減少し、サイドエッチング比が小さくなること、また希釈の割合が低いとトレンチ内における滞在時間が増大してエッチング速度が大きくなることにも注目した。本発明は、このトレードオフの関係を克服するものである。酸素とフッ素化合物ガスを含むエッチングガスに希釈剤として希ガスを入れて、希ガスの量が多いものと少ない(又は無い)エッチングガスを切り替えながらエッチングすることで、系の圧力とFラジカルのトレンチ内の滞在時間を制御して、エッチング速度とサイドエッチング比を良好に制御するものである。
実施例1
第一エッチングガスとして、SF6/O2/He=200/100/600sccmを用いた。
第二エッチングガスとして、SF6/O2/He=200/100/0sccmを用いた。
被処理体として、シリコン基板を用いた。
第一エッチング工程は、系の全圧を20Paとして、上部電極1500W、下部電極220Wで、15秒間行った。
第二エッチング工程は、系の全圧を20Paとして、上部電極1500W、下部電極220Wで、5秒間行った。
第一エッチング工程と第二エッチング工程を45回繰り返して、即ち、15分間のエッチング処理をした。
深さ=50μm、サイドエッチング比=0.02のトレンチを、エッチング速度=3.4μm/分で、形成することができた。
エッチングガスとして、SF6/O2/He=200/100/0sccmのみを用いた。
被処理体として、シリコン基板を用いた。
エッチング工程は、系の全圧を20Paとして、上部電極1500W、下部電極220Wで、連続して10分間行った。
深さ=50μm、サイドエッチング比=0.06のトレンチを、エッチング速度=6.8μm/分で、形成することができた。
エッチングガスとして、SF6/O2/He=200/100/600sccmのみを用いた。
被処理体として、シリコン基板を用いた。
エッチング工程は、系の全圧を20Paとして、上部電極1500W、下部電極220Wで、連続して15分間行った。
深さ=30μm、サイドエッチング比=0.01のトレンチを、エッチング速度=1.9μm/分で、形成することができた。
エッチング速度が低く、かつ、シリコン基板上のマスクの削れが大きく、所定の深さまでエッチングすることができなかった。
110 エッチングチャンバ
120 上部電極
130 下部電極
140 高周波電源
150 高周波電源
160 ガス導入口
170 ガス排出口
200 シリコン基板
210 マスク
220 トレンチ
320 トレンチ
330 アンダーカット
340 ボーイング
Claims (17)
- 処理室において、エッチングガスをプラズマ化して、Siから成る被処理体をドライエッチングする方法であって、
a) フッ素化合物ガス、酸素及び希ガスを含む第一エッチングガスを前記処理室に導入し、前記第一エッチングガスをプラズマ化して、前記被処理体をエッチングする第一エッチング工程、
b) フッ素化合物ガス及び酸素を含み、第一エッチングガスより少ない希ガスを含んでよい第二エッチングガスを前記処理室に導入し、前記第二エッチングガスをプラズマ化して、前記被処理体をエッチングする第二エッチング工程、及び
c) a)第一エッチング工程とb)第二エッチング工程を交互に所望の回数繰り返す工程
を含んで成るドライエッチング方法。 - 処理室において、エッチングガスをプラズマ化して、Siから成る被処理体をドライエッチングする方法であって、
a) フッ素化合物ガス及び酸素を含み、希ガスを含み得る第一エッチングガスを前記処理室に導入し、前記第一エッチングガスをプラズマ化して、前記被処理体をエッチングする第一エッチング工程、
b) フッ素化合物ガス及び酸素を含み、希ガスを含み得る第一エッチングガスより多い希ガスを含む第二エッチングガスを前記処理室に導入し、前記第二エッチングガスをプラズマ化して、前記被処理体をエッチングする第二エッチング工程、及び
c) a)第一エッチング工程とb)第二エッチング工程を交互に所望の回数繰り返す工程
を含んで成るドライエッチング方法。 - 第一エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、第一エッチングガスの総流量の50〜95%であり、第二エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、第二エッチングガスの総流量の50%未満である請求項1に記載のドライエッチング方法。
- 第一エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、第一エッチングガスの総流量の50〜95%であり、第二エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、第二エッチングガスの総流量の実質的に0%である請求項1に記載のドライエッチング方法。
- 第一エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、100〜2200sccmである請求項1、3又は4に記載のドライエッチング方法。
- 第二エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、0〜1200sccmである請求項1、3〜5のいずれかに記載のドライエッチング方法。
- a)工程を行う時間とb)工程を行う時間の比(a)工程/b)工程)は、1/3〜3/1である請求項1、3〜6のいずれかに記載のドライエッチング方法。
- 第一エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、第一エッチングガスの総流量の50%未満であり、第二エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、第二エッチングガスの総流量の50〜95%である請求項2に記載のドライエッチング方法。
- 第一エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、第一エッチングガスの総流量の実質的に0%であり、第二エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、第二エッチングガスの総流量の50〜95%である請求項2又は8に記載のドライエッチング方法。
- 第一エッチングガスに含まれ得る希ガスの流量は、0〜1200sccmである請求項2、8又は9に記載のドライエッチング方法。
- 第二エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、100〜2200sccmである請求項2、8〜10のいずれかに記載のドライエッチング方法。
- a)工程を行う時間とb)工程を行う時間の比(a)工程/b)工程)は、1/3〜3/1である請求項2、8〜11のいずれかに記載のドライエッチング方法
- 希ガスは、ヘリウム及びアルゴンから選択される少なくとも一種である請求項1〜12のいずれかに記載のドライエッチング方法。
- フッ素化合物ガスは、SF6、NF3、BF3、PF5及びF2から選択される少なくとも一種である請求項1〜13のいずれかに記載のドライエッチング方法。
- フッ素化合物ガスの流量と酸素の流量の比(フッ素化合物ガス/酸素)は、1/1〜4/1である請求項1〜14のいずれかに記載のドライエッチング方法。
- フッ素化合物ガスの流量は、50〜900sccmである請求項1〜15のいずれかに記載のドライエッチング方法。
- 酸素の流量は、50〜450sccmである請求項1〜16のいずれかに記載のドライエッチング方法。
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JP2017054930A (ja) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
US11456180B2 (en) | 2019-11-08 | 2022-09-27 | Tokyo Electron Limited | Etching method |
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