JP2695822B2 - プラズマエッチング方法 - Google Patents

プラズマエッチング方法

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JP2695822B2 JP63065716A JP6571688A JP2695822B2 JP 2695822 B2 JP2695822 B2 JP 2695822B2 JP 63065716 A JP63065716 A JP 63065716A JP 6571688 A JP6571688 A JP 6571688A JP 2695822 B2 JP2695822 B2 JP 2695822B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマエッチング方法に係り、特にエッ
チング形状を途中段階で異ならせて半導体素子基板等の
試料をプラズマエッチングするのに好適なプラズマエッ
チング方法に関するものである。
〔従来の技術〕
試料をプラズマエッチングする際に、エッチング形状
を途中段階で異ならせる必要があるものにおいては、例
えば、第1ステップでテーパエッチングした後に第2ス
テップで垂直エッチングが実施されている。
なお、この種の方法として関連するものには、例え
ば、特開昭57−137473号,特開昭58−197820号等が挙げ
られる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術では、エッチング形状を途中段階で異な
らせることが、別々のステップをバッチ的に実施するこ
とで行われる。つまり、例えば、テーパエッチングが完
了した時点で放電を停止させ、その後、別のエッチング
装置を用い、または、同一のエッチング装置で条件を変
更して、例えば、垂直エッチングが実施される。このた
め、エッチング形状を途中段階で異ならせる必要がある
試料のエッチング処理に要する時間が増大し、スループ
ットが低下するといった問題を有している。
本発明の目的は、エッチング形状を途中段階で異なら
せる必要がある試料のエッチング処理に要する時間を短
縮できスループットを向上できるプラズマエッチング方
法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、プラズマ生成と試料へのバイアス印加と
を独立に行い、エッチング用ガスと形状制御用ガスとの
混合ガスを放電によりプラズマ化し、該プラズマによる
試料のエッチング途中で放電を停止せずに、バイアス印
加のための高周波電力を調節してプラズマによる試料の
エッチング時に作用するエネルギを変化させ、エッチン
グ形状を変化させることにより、達成される。
〔作用〕
エッチング装置のエッチング室内にエッチング形状を
途中段階で異ならせる必要がある試料が搬入されて試料
台に設置される。一方、エッチング室内には、エッチン
グ用ガスと形状制御用ガスとがそれぞれ所定流量で導入
されると共に、エッチング室内は、所定圧力に減圧排気
される。この状態で、エッチング室内では放電が発生さ
せられ、これにより、エッチング室内のエッチング用ガ
スと形状制御用ガスはプラズマ化される。このプラズマ
により試料の途中段階までのエッチングが実施される。
該エッチングが途中段階まで進行した時点で、放電を停
止させずにその後のエッチング形状が変化させられる。
すなわち、プラズマによる試料のエッチング時に該試料
に作用するエネルギを、試料のエッチング途中で放電を
停止せずに変化させることで、エッチング形状が変化さ
せられる。また、プラズマ生成とバイアス印加とを独立
して行うので、高周波電力の調節ではプラズマ生成、つ
まり、放電状態に影響を及ぼさない、すなわち、高周波
電力を調節しても放電状態は変動することなく安定に維
持でき、従って、必要なエッチング形状の良好なエッチ
ングが連続的に実施でき、処理時間を短縮できてスルー
プットを向上できる。
〔実 施 例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
第1図は、エッチング装置のエッチング室(図示省
略)に導入されるガス混合比とテーパ角(θ)との関係
である。ここで、塩素(Cl2)が、エッチング用ガス
で、また、クロロホルム(CHCl3)が形状制御用ガスで
ある。試料(図示省略)としては、例えば、基板上に配
線膜が積層されたものである。ここで、基板は、SiO2,P
SG等の絶縁材であり、また、配線膜は、アルミニウムで
ある。この場合、配線膜がエッチング処理される。な
お、テーパ角(θ)とは、この場合、エッチングで配線
膜に加工された溝の側壁が基板面とする角度である。な
お、この場合、エッチング室内のガス圧力(以下、エッ
チング圧力と略)は10mTorrであり、該ガスは、この場
合、有磁場マイクロ波による放電でプラズマ化される。
第1図で、ガス混合比が10%の場合、テーパ角(θ)
は、略90度、つまり、垂直エッチングとなる。ガス混合
比が、10%以上になれば、テーパ角(θ)は、それに従
って小さくなる。また、ガス混合比が10%以下では、等
方性エッチングが生じるようになる。例えば、ガス混合
比が25%の場合、テーパ角(θ)は、略78度となり、更
に、ガス混合比が40%の場合、テーパ角(θ)は、略72
度となる。つまり、ガス混合比を10%以上とすること
で、エッチングは、放電を停止させその条件を調節する
ことなく垂直エッチングからテーパエッチングへと移行
し、逆に、ガス混合比を10%以上から10%にすること
で、テーパエッチングから垂直エッチングへと移行す
る。例えば、配線膜の表面から深さ方向の途中まではテ
ーパ角(θ)が略80度の側壁を有し、その後、基板面ま
でテーパ角(θ)が略90度の側壁を有する溝をエッチン
グ加工することが必要である場合、まず、ガス混合比
は、約22%に調節される。つぎに、このようなガス混合
比を有するガスはエッチング室内で放電によりプラズマ
化される。このプラズマにより配線膜のエッチングが開
始され、配線膜には、その表面から深さ方向の途中まで
テーパ角(θ)が略80度の側壁を有する溝がエッチング
加工される。その後、ガス混合比は、約10%に変化,調
節される。この間およびそれ以降も放電は停止されず、
従って、このようなガス混合比を有するガスは引続きプ
ラズマ化される。このプラズマにより配線膜は深さ方向
の途中から基媒面まで引続きエッチングされ、これによ
り、深さ方向の途中から基板面までテーパ角(θ)が略
90度の側壁を有する溝がエッチング加工される。基板面
までのエッチングが終了した時点で放電が停止され試料
のエッチング処理が完了される。これにより、配線膜に
は、その厚さ方向に、表面から深さ方向と途中までテー
パ角(θ)が略80度の側壁を有し、深さ方向の途中から
基板面までテーパ角(θ)が略90度の側壁を有する溝が
形成される。なお、ガス混合比が10%以下で、等方性エ
ッチングを生じるガス混合比で、途中まで等方性エッチ
ングし、その後、例えば、ガス混合比を約10%として垂
直エッチングし溝形状を変化させることができる。
本実施例では、エッチング形状を途中段階で異ならせ
る必要がある試料のエッチングを連続的に実施できるの
で、上記試料のエッチング処理に要する時間を短縮でき
スループットを向上できる。また、近年、LSI素子の集
積度の増加とともに素子配線幅は狭くなりサブミクロン
領域に達しつつあるが、配線膜厚は、従来と略同一の厚
さが要求されているため、配線膜の厚さと配線幅の比は
増大する傾向にあり、また、配線間の間隔もより小さく
なっている。このような、配線膜の厚さと幅の比が大き
く、また、配線間隔が小さい場合に、テーパエッチング
を行うと配線膜の下部寸法が増大し隣接配線との絶縁距
離を確保しにくく、LSI素子の電気特性上に悪影響を与
える恐れがあるが、本実施例によれば、配線膜の厚みと
幅の比および配線間隔の関係を考慮したエッチング形状
とすることができる。従って、隣接配線との絶縁距離を
確保できLSI素子の電気特性を良好に保持できる。ま
た、配線膜エッチング処理後の絶縁膜の堆積工程に支障
をおよぼさない形状を得ることができLSI素子の生産性
を向上できる。なお、エッチング装置としては、平行平
板型の反応性プラズマエッチング装置や有磁場型のマイ
クロ波プラズマエッチング装置や無磁場型のマイクロ波
プラズマエッチング装置等のプラズマエッチング装置が
使用される。
第2図は、本発明の他の実施例を説明するもので、高
周波電力とテーパ角(θ)との関係である。ここで、高
周波電力とは、試料(図示省略)のバイアス電位、つま
り、試料のエッチング時に試料に作用するエネルギを支
配するものである(バイアス電位の調節として高周波に
特に限定する必要はなく、また、試料が絶縁物でない場
合、交流,直流どちらでも使用可である。)。例えば、
エッチング装置にマイクロ波プラズマエッチング装置が
使用される場合、試料が設置される試料台に高周波電力
は印加され、平行平板型の反応性プラズマエッチング装
置が使用される場合、陰極となる電極に高周波電力は印
加される。試料としては、上記一実施例でのものと同一
のものが用いられる。エッチング装置のエッチング室
(図示省略)には、エッチング用ガスと形状制御用ガス
とが導入される。この場合、エッチング用ガスとして
は、塩素(Cl2)が、また、形状制御用ガスとしては、
クロロホルム(CHCl3)が用いられる。この場合、ガス
混合比、つまり、エッチング室に導入される塩素の流量
とクロロホルムの流量との総和に対する該クロロホルム
の流量の比は、25%、また、エッチング圧力は10mTorr
と一定である。
第2図で、高周波電力が約60Wの場合、テーパ角
(θ)は、略90度、つまり、垂直エッチングとなる。高
周波電力が、約60W以上になればテーパ角(θ)は、そ
れに従って小さくなる。例えば、高周波電力が90Wの場
合で略78度、更に、高周波電力が120Wの場合で略71度と
なる。また、高周波電力が60W以下では等方性エッチン
グが生じるようになる。つまり、高周波電力を約60W以
上とすることで、エッチングは、放電を停止させその条
件を調節をすることなく垂直エッチングからエーパエッ
チングへと移行し、逆に、高周波電力を約60w以上から
約60Wとすることで、テーパエッチングから垂直エッチ
ングへと移行する。例えば、配線膜の表面から深さ方向
の途中まではテーパ角(θ)が略80度の側壁を有し、そ
の後、基板面までテーパ角(θ)が略90度の側壁を有す
る溝をエッチング加工することが必要である場合、ま
ず、高周波電力は、約82Wに調節される。上記のガス混
合比を有するガスは、エッチング室内で放電によりプラ
ズマ化され、このプラズマにより配線膜のエッチングが
開始される。配線膜には、その表面から深さ方向の途中
までテーパ角(θ)が略80度の側壁を有する溝がエッチ
ング加工される。所定深さまでエッチングが進行した時
点で、高周波電力は、約60Wに調節される。この間およ
びそれ以降も放電は停止されず、プラズマにより配線膜
は深さ方向の途中から基板面まで引続きエッチングさ
れ、これにより、深さ方向の途中から基板面までテーパ
角(θ)が略90度の側壁を有する溝がエッチング加工さ
れる。基板面までのエッチングが終了した時点で放電が
停止され試料のエッチング処理が完了される。これによ
り、配線膜には、その厚さ方向に、表面から深さ方向の
途中までテーパ角(θ)が略80度の側壁を有し、深さ方
向の途中から基板面までテーパ角(θ)が略90度の側壁
を有する溝が形成される。なお、高周波電力が60W以下
で、等方性エッチングを生じる高周波電力で途中まで等
方性エッチングし、その後、例えば、高周波電力を60W
として垂直エッチングし溝形状を変化させることができ
る。
本実施例では、上記一実施例での効果と同様の効果が
得られる。また、有磁場型のマイクロ波プラズマエッチ
ング装置や無磁場型のマイクロ波プラズマエッチング装
置等のように、プラズマ生成とバイアス印加とが独立し
て行えるエッチング装置を使用するものにおいては、高
周波電力の調節によってプラズマ生成、つまり、放電状
態に影響を及ぼさない、即ち、高周波電力を調節しても
放電状態は変動することなく安定に維持できる。従っ
て、高周波電力を調節しても直ちに、かつ、引続き良好
にエッチングを行うことができスループットを更に向上
させることができる。また、ガス混合比を調節する上記
一実施例に比べて本実施例では、調節操作がより簡単,
容易であり、エッチング処理の操作性をより向上させる
ことができる。なお、上記実施例の他にエッチング圧力
をエッチング途中で調節することで、上記一実施例での
効果と同様の効果が得られる。つまり、あるエッチング
圧力でテーパ角(θ)は最小となり、その前後の圧力、
特にエッチング圧力を高くするに従ってテーパ角(θ)
は大きくなる。また、試料の温度をエッチング途中で調
節することで、上記他の実施例での効果と同様の効果が
得られる。つまり、試料の温度が上昇すれば、それに従
ってテーパ角(θ)は小さくなる。更に、マイクロ波プ
ラズマエッチングの場合、マイクロ波パワーをエッチン
グ途中で調節することで、上記一実施例での効果と同様
の効果が得られる。つまり、マイクロ波パワーを小さく
するに従ってテーパ角(θ)は大きくなる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、エッチング形状を途中段階で異なら
せる必要がある試料のエッチングを連続的に実施できる
ので、該試料のエッチング処理に要する時間を短縮でき
スループットを向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例のガス混合比とテーパ角と
の関係線図、第2図は、本発明の他の実施例の高周波電
力とテーパ角との関係線図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマ生成と試料へのバイアス印加とを
    独立に行い、エッチング用ガスと形状制御用ガスとの混
    合ガスを放電によりプラズマ化し、該プラズマによる試
    料のエッチング途中で前記放電を停止せずに、前記バイ
    アス印加のための高周波電力を調節して前記プラズマに
    よる前記試料のエッチング時に作用するエネルギを変化
    させ、エッチング形状を変化させることを特徴とするプ
    ラズマエッチング方法。
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