JPH06120170A - プラズマエッチング処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エッチングガスに堆積物形成能の低いガスを
用いても高い選択比及び所要の異方性形状を得ることが
できるプラズマエッチング処理方法を提供すること。 【構成】 所要の真空度に設定したプラズマ生成室１、
試料室３内にそれぞれCl₂ ガスを供給し、主励磁コイル
14にて磁界を形成しつつ、プラズマ生成室１にマイクロ
波を導入してCl₂ ガスよりプラズマを生成させ、該プラ
ズマを主励磁コイル14が発生した発散磁界にてECR ポイ
ントＰから250mm 以上隔てた試料Ｓ表面へ導き、主励磁
コイル14とは逆向きの電流を通流した副励磁コイル15に
て試料Ｓ表面の磁束密度が50ガウス以下であるように調
整してエッチングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造プロセスにお
けるエッチング処理方法に関し、より詳細には電子サイ
クロトロン共鳴を利用して生成したプラズマを用いて試
料表面にエッチング処理を施す方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３(a) は特開昭57-133636 号公報に開
示されている従来のマイクロ波を用いた電子サイクロト
ロン共鳴 (以下ECR という) を利用するプラズマエッチ
ング装置の構成を示す模式的断面図である。図中31はエ
ッチングを行うためのプラズマを生成するプラズマ生成
室である。プラズマ生成室31は、その上部壁中央にここ
を封止する石英ガラス板のマイクロ波導入窓31a を、ま
た下部壁中央に前記マイクロ波導入窓31a と対向する位
置に円形のプラズマ引出窓31b をそれぞれ備えている。

【０００３】そして前記マイクロ波導入窓31a には他端
を図示しない高周波発振器に接続した導波管32の一端が
接続されており、またプラズマ引出窓31b に臨ませて試
料室33が配設されている。プラズマ生成室31の周囲及び
これに接続した導波管32の一端部にわたって、これらを
取り囲むようにこれらと同心状に励磁コイル34を配設し
てある。一方、試料室33内には載置台37が配設されてお
り、その上には円板状のウェハ等の試料Ｓがそのまま、
又は静電吸着等の手段にて着脱可能に載置されている。

【０００４】このような装置にてエッチングを行う方法
は以下のようである。所要の真空度に設定したプラズマ
生成室31, 試料室33内に原料ガスをそれぞれ供給する。
そして励磁コイル34にて磁界を形成しつつ、プラズマ生
成室31内にマイクロ波を導入し、プラズマ生成室31を空
洞共振器として供給した原料ガスをECR 励起してプラズ
マを生成させる。生成したプラズマを、励磁コイル34に
て形成され試料室33側に向かうに従い磁束密度が低下す
る発散磁界によって、試料室33内の載置台37上の試料Ｓ
周辺に導き、試料Ｓ表面をエッチングする。

【０００５】図３(b) は前述した発散磁界の磁束密度勾
配を示すグラフである。発散磁界の磁束密度は励磁コイ
ル34の中心付近で極大となり、プラズマ発生が生じるマ
イクロ波の周波数が2.45GHz の場合は磁束密度が875 ガ
ウスの点、所謂電子サイクロトロン共鳴点（以下ECR ポ
イントともいう）Ｐを経て試料Ｓに至るまでしだいに低
下している。そして試料Ｓ表面の磁束密度は100 〜200
ガウスであり、また前記ECR ポイントＰから試料Ｓ表面
までの距離は略200mm である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような従
来の方法によって多結晶シリコンをエッチングしようと
した場合、レジスト膜及び下地膜 (一般にSiＯ₂ 膜）に
対する高い選択比並びに所要の異方性形状を得るため
に、ＨBr, SiCl₄ ，Ｃ₂ Ｈ₂ Ｆ₄ 等のエッチングガスを
用いて被エッチングパターンの側壁に保護膜を形成させ
てエッチングに対して該側壁を保護しながらエッチング
を行っていた。しかしながらこのような方法は、エッチ
ングに際し試料室内壁面に堆積物が形成されるため、こ
れがパーティクルの原因となって半導体装置の製造歩留
りの低下を招くという問題があった。

【０００７】一方例えばCl₂ ガスをエッチングガスとし
て用いると、前記堆積物は形成しないが、側壁の保護膜
が形成されにくくなり、所要の異方性形状を得るために
は、試料に高周波を印加して該試料に入射するプラズマ
中のイオンのエネルギーを上げることによってレジスト
膜へのスパッタ効果を高くし、該レジストから供給され
る炭素によって側壁保護膜を形成してエッチングを行っ
ていた。しかしこのような方法ではレジスト膜及び下地
膜に対する選択比が著しく低下するという問題があっ
た。

【０００８】本発明はかかる事情に鑑みてなされたせの
であって、その目的とするところはCl₂ ガスを用いて
も、レジスト膜及び下地膜に対する高い選択比を有し、
かつ所要の異方性形状が得られるプラズマエッチング処
理方法を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマエ
ッチング処理方法にあっては、主に電子サイクロトロン
共鳴点にて生成するガスプラズマを磁界により試料に導
いて該試料をエッチング処理する方法において、前記試
料表面における前記磁界の磁束密度を50ガウス以下と
し、かつ、前記電子サイクロトロン共鳴点と前記試料表
面との間の距離を250mm 以上とすることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明のプラズマエッチング処理方法は、試料
表面の磁束密度が50ガウス以下であるので、磁束密度勾
配が増大してプラズマ中のイオンのエネルギーが異方性
エッチングのためのエネルギーまで高まり、また電子サ
イクロトロン共鳴点と試料表面との間の距離が250mm 以
上であるので、前記イオンの入射角が試料表面の全領域
にわたって所要の異方性形状にエッチングし得る角度と
なる。

【００１１】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。図１は発散磁界の磁束密度勾配を
調整できるように構成したECR プラズマエッチング装置
であり、図中１はプラズマ生成室である。プラズマ生成
室１は、その上部壁中央にここを封止するマイクロ波導
入窓1aを、また下部壁中央に前記マイクロ波導入窓1aと
対向する位置に円形のプラズマ引出窓1bをそれぞれ備え
ている。そして前記マイクロ波導入窓1aには、他端を図
示しない高周波発振器に接続した導波管２の一端が接続
されており、またプラズマ引出窓1bに臨ませて試料室３
が肩部４を介して接続されている。

【００１２】一方プラズマ生成室１の周囲及び導波管２
の一端部にわたって主励磁コイル14が周設されており、
また試料室３上部から肩部４の下部にわたって試料表面
の磁束密度を減じるための装置、例えば前記主励磁コイ
ル14と逆向きの電流を通流するようにした副励磁コイル
15が周設されている。試料室３内には試料Ｓを着脱可能
に載置した載置台７が、前記ECR ポイントＰから試料Ｓ
表面までの距離が250mm 以上であるように配設されてい
る。

【００１３】次にこのような装置を用いてECR プラズマ
エッチング処理を行う方法を説明する。所要の真空度に
設定したプラズマ生成室１、試料室３内にそれぞれ堆積
物形成能の低い原料ガス、例えばCl₂ ガスを供給する。
そして主励磁コイル14にて磁界を形成しつつ、プラズマ
生成室１にマイクロ波を導入してCl₂ ガスをECR 励起し
てプラズマを生成させる。生成したプラズマを発散磁界
にて試料Ｓ周辺に導き試料Ｓ表面をエッチングするが、
この際副励磁コイル15に主励磁コイル14とは逆向きの電
流を流して磁界を形成することによって図１(b) に示し
た如く前記試料Ｓ表面の磁束密度が50ガウス以下である
ように調整して前記エッチングを行う。

【００１４】ここで前述した如くECR ポイントＰから試
料Ｓ表面までの距離 (以後Ｐ−Ｓ間距離という) が250m
m 以上であり、かつ試料Ｓ表面の磁束密度が50ガウス以
下である理由を表１，表２及び図２に基づいて説明す
る。表１は従来例，比較例及び本発明例における、Ｐ−
Ｓ間距離，試料Ｓ表面の磁束密度及び主励磁コイル14と
副励磁コイル15との電流の関係を示したものであり、表
中マイナス符号「−」は電流の向きが逆であることを表
わしている。なお従来例では副励磁コイル15は配設され
ていないため「なし」とした。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１から明らかな如く、従来例ではＰ−Ｓ
間距離が200mm 、励磁コイル34 (図３参照) の電流が20
A の場合、試料表面の磁束密度は100 ガウスであり、比
較例ではＰ−Ｓ間距離及び主励磁コイル14の電流が従来
例と同じであって副励磁コイル15の電流を主励磁コイル
14とは逆向きに15A 通流して試料表面の磁束密度を50ガ
ウスとしている。そして本発明例ではＰ−Ｓ間距離が25
0mm であり、主励磁コイル14の電流を20A 、これとは逆
向きに10A の電流を副励磁コイル15に通流することによ
って試料表面の磁束密度を50ガウスとしている。

【００１７】図２は表１の３例において直径８インチの
Si基板21上にSiＯ₂ 膜22, 多結晶シリコン膜23, レジス
ト膜24をこの順に堆積した試料をCl₂ ：20sccm，Ｏ₂ ：
２sccm，圧力：１mTorr ，マイクロ波パワー：１kWにて
エッチングを行った後の試料のエッチング形状を示す模
式的断面図である。また表２は前述の如くエッチングを
行った場合のエッチング速度の均一性Ｗを示すものであ
る。

【００１８】

【表２】

【００１９】図２及び表２から明らかな如く、エッチン
グガスとしてCl₂ ガスを用いた場合、従来例では試料中
心から周方向のいずれの地点においても多結晶シリコン
膜23の側壁がエッチングされて所要の異方性形状が得ら
れず、エッチング速度の均一性Ｗも低い。

【００２０】また試料表面の磁束密度が50ガウスである
比較例の場合、試料中心から70mm付近までは多結晶シリ
コン膜23に所要の異方性形状が得られ、エッチング速度
の均一性Ｗも若干改善されているが、試料中心から90mm
付近では側壁がエッチングされている。ところで前述し
た装置ではプラズマ中の電子が磁束密度の強い方から弱
い方へ加速されて磁束密度の弱い方の電圧が下がる電位
勾配（両極性電界）によりプラズマ中のイオンが加速さ
れてエネルギーを得ているが、前述した如く試料表面の
磁束密度を50ガウスと低くすることによって電位勾配を
大きくし、イオンのエネルギーを更に高めることによっ
て異方性形状を得ることが可能となる。

【００２１】しかし前述した比較例の如くＰ−Ｓ間距離
が200mm では、試料の外周部では側壁のエッチング、特
に試料外縁側の側壁に比べた試料中心側の過大なエッチ
ングが生じている。これはＰ−Ｓ間距離が200mm では試
料に対する前記イオンの入射が試料中心では略垂直（略
90°）であるが、外周部になるに従い斜めに入射し、試
料中心から90mm付近では入射角が70°未満であるからで
ある。従って試料が小口型であれば、その全領域で所要
の異方性形状が得られるが、本実施例の如く大口型の試
料ではその外周部にて所要の異方性形状が得られない。

【００２２】そこで本発明例の如く試料表面の磁束密度
が50ガウスであり、かつＰ−Ｓ間距離が250mm であると
イオンのエネルギーが高まると共に試料外縁においてイ
オンの入射角が略75°となるため、外周部においても所
要の異方性形状が得られ、しかもエッチング速度の均一
性も更に改善されるので、大口型の試料であってもその
表面の全領域で均一なる異方性エッチングを行うことが
できる。なお、前記イオンの入射角は70°以上であれば
所要の異方性形状が得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明のプラズマエッ
チング処理方法にあっては、試料表面の磁束密度が50ガ
ウス以下であるのでエッチングガスとして堆積物形成能
が少ないCl₂ ガスを用いたエッチングを行なうことがで
き、パーティクルの発生が抑制されて半導体装置の製造
歩留りが向上する。またＰ−Ｓ間距離が250mm 以上であ
るので、口型の大きな試料においてもその試料表面の全
領域にわたって均一なる異方性エッチングを行ない得る
等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】発散磁界の磁束密度勾配を調整できるように構
成したプラズマエッチング装置を示す模式図である。

【図２】エッチング形状の比較を示す模式図である。

【図３】従来のプラズマエッチング装置を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１ プラズマ生成室 ２ 導波管 ３ 試料室 14 主励磁コイル 15 副励磁コイル Ｓ 試料 Ｐ ECR ポイント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 宏和 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主に電子サイクロトロン共鳴点にて生成
   するガスプラズマを磁界により試料に導いて該試料をエ
   ッチング処理する方法において、 前記試料表面における前記磁界の磁束密度を50ガウス以
   下とし、かつ、前記電子サイクロトロン共鳴点と前記試
   料表面との間の距離を250mm 以上とすることを特徴とす
   るプラズマエッチング処理方法。