JP2918892B2 - プラズマエッチング処理方法 - Google Patents
プラズマエッチング処理方法Info
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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処理方法に係り、特に
放電処理ガスとしてデポジションガスとエッチングガス
とを交互に周期的に送給して、異なるガス雰囲気中で交
互にプラズマ処理するいわゆるガスチョッピング、もし
くはタイムモジュレーテッドエッチングに好適なプラズ
マエッチング処理方法に関する。
放電処理ガスとしてデポジションガスとエッチングガス
とを交互に周期的に送給して、異なるガス雰囲気中で交
互にプラズマ処理するいわゆるガスチョッピング、もし
くはタイムモジュレーテッドエッチングに好適なプラズ
マエッチング処理方法に関する。
半導体LSIの微細化、高集積化に伴い、その製造プロ
セスにおけるエッチングガス加工技術もサブμｍレベル
となり極めて高精度の加工技術が要求されている。この
種の微細加工になると、加工口径ｒに対する加工深さｄ
の割合d/rで表示されるアスペクト比が大きくなり、こ
のアスペクト比が大きいほどエッチング速度が小さくな
り、また、パターンサイズにより加工形状にも差が生じ
てくる。
セスにおけるエッチングガス加工技術もサブμｍレベル
となり極めて高精度の加工技術が要求されている。この
種の微細加工になると、加工口径ｒに対する加工深さｄ
の割合d/rで表示されるアスペクト比が大きくなり、こ
のアスペクト比が大きいほどエッチング速度が小さくな
り、また、パターンサイズにより加工形状にも差が生じ
てくる。
本発明者らは、この種の微細加工において、エッチン
グ速度のアスペクト比依存性を低減するため、マイクロ
波のプラズマエッチング装置を用い、エッチングガスと
してSF6、デポジションガスとしてCCl4を用い、これら
のガスを順次数秒毎に交互に切替えて、SF6のプラズマ
処理とCCl4のプラズマ処理とを周期的に行う方法を提案
した。この方法は時間的にガス種を切替えることから通
称ガスチョッピングあるいはタイムモジュレーテッド
（略してTM）エッチング法と呼ばれているが、これらの
ガスを同時に混合してプラズマ処理する方法に比較して
アスペクト比依存性の改善効果は顕著である。なお、こ
の種の技術に関しては、第35回応用物理学関係連合講演
会、予稿集28p−Ｇ−５、1988年３月28日及び第18回固
体素子コンファレンス、第229〜232頁、1986年〔The 18
th（1986 International）Conference〕on Solid State
Devices and Materials,Tokyo,1986,pp.229−232〕に
て論じられている。
グ速度のアスペクト比依存性を低減するため、マイクロ
波のプラズマエッチング装置を用い、エッチングガスと
してSF6、デポジションガスとしてCCl4を用い、これら
のガスを順次数秒毎に交互に切替えて、SF6のプラズマ
処理とCCl4のプラズマ処理とを周期的に行う方法を提案
した。この方法は時間的にガス種を切替えることから通
称ガスチョッピングあるいはタイムモジュレーテッド
（略してTM）エッチング法と呼ばれているが、これらの
ガスを同時に混合してプラズマ処理する方法に比較して
アスペクト比依存性の改善効果は顕著である。なお、こ
の種の技術に関しては、第35回応用物理学関係連合講演
会、予稿集28p−Ｇ−５、1988年３月28日及び第18回固
体素子コンファレンス、第229〜232頁、1986年〔The 18
th（1986 International）Conference〕on Solid State
Devices and Materials,Tokyo,1986,pp.229−232〕に
て論じられている。
上記従来のTMエッチング法は、確かにアスペクト比依
存性がかなり改善されてきた。しかし、加工部のパター
ンサイズによりエッチング速度差が少なくなってきたと
は云え、その間隙が0.5μｍ程度であり、更に0.3μｍ以
下という厳しい微細加工に至っては、まだ実用に足る加
工精度が得られていない。つまり、一般にマイクロロー
ディング効果と呼ばれている加工寸法が狭いところと広
いところでのエッチング速度の差が依然として問題であ
る。この種の狭い間隙と、より広い間隙とから成るパタ
ーンサイズの異なる加工領域を同一面に有する被加工面
を、それぞれの領域のエッチング速度差を可能な限り少
なくして同時にエッチング加工する、つまり、マイクロ
ローディング効果を減じて加工する実用性のあるプラズ
マエッチング処理方法及び処理装置を実現することが当
面の技術課題である。
存性がかなり改善されてきた。しかし、加工部のパター
ンサイズによりエッチング速度差が少なくなってきたと
は云え、その間隙が0.5μｍ程度であり、更に0.3μｍ以
下という厳しい微細加工に至っては、まだ実用に足る加
工精度が得られていない。つまり、一般にマイクロロー
ディング効果と呼ばれている加工寸法が狭いところと広
いところでのエッチング速度の差が依然として問題であ
る。この種の狭い間隙と、より広い間隙とから成るパタ
ーンサイズの異なる加工領域を同一面に有する被加工面
を、それぞれの領域のエッチング速度差を可能な限り少
なくして同時にエッチング加工する、つまり、マイクロ
ローディング効果を減じて加工する実用性のあるプラズ
マエッチング処理方法及び処理装置を実現することが当
面の技術課題である。
本発明の目的は、上記課題を解決することにあり、マ
イクロローディング効果を減じて0.3μｍ以下の微細加
工を可能とする改良されたプラズマエッチング処理方法
を提供することにある。
イクロローディング効果を減じて0.3μｍ以下の微細加
工を可能とする改良されたプラズマエッチング処理方法
を提供することにある。
上記目的は、デポジションガスとエッチングガスとを
所定時間間隔で交互に切替えて周期的にガス交換をしな
がらプラズマ処理するタイムモジュレーテッドプラズマ
エッチング処理方法において、エッチングガス周期に入
る前にプラズマ発生のための電力を投入してプラズマ放
電を開始し、エッチングガス周期のほぼ終点で遮断し、
引続き所定の放電停止期間をおいてデポジションガス周
期中に再度電力を投入し、ガス切替えの時間スケジュー
ルに合わせてプラズマ発生の電力を周期的に投入するこ
とを特徴とするプラズマエッチング処理方法により、達
成される。そして好ましくは上記エッチングガス周期の
少なくとも初期に所定時間、エッチングガス周期を越え
ない範囲内で、高周波バイアス電力を被処理試料もしく
は、その周囲にエッチングガス周期と連動させて周期的
に投入することがあり、また、上記デポジションガス周
期中におけるプラズマ発生のための電力の遮断停止期間
をｔとしたとき、プラズマ処理の停止された雰囲気中の
残留エッチングガス圧力VEに対する全ガス圧力（VE＋
VD）の比が ただしVDはデポジションガス圧力 を少なくとも満足するに至る時間ｔとすることである。
所定時間間隔で交互に切替えて周期的にガス交換をしな
がらプラズマ処理するタイムモジュレーテッドプラズマ
エッチング処理方法において、エッチングガス周期に入
る前にプラズマ発生のための電力を投入してプラズマ放
電を開始し、エッチングガス周期のほぼ終点で遮断し、
引続き所定の放電停止期間をおいてデポジションガス周
期中に再度電力を投入し、ガス切替えの時間スケジュー
ルに合わせてプラズマ発生の電力を周期的に投入するこ
とを特徴とするプラズマエッチング処理方法により、達
成される。そして好ましくは上記エッチングガス周期の
少なくとも初期に所定時間、エッチングガス周期を越え
ない範囲内で、高周波バイアス電力を被処理試料もしく
は、その周囲にエッチングガス周期と連動させて周期的
に投入することがあり、また、上記デポジションガス周
期中におけるプラズマ発生のための電力の遮断停止期間
をｔとしたとき、プラズマ処理の停止された雰囲気中の
残留エッチングガス圧力VEに対する全ガス圧力（VE＋
VD）の比が ただしVDはデポジションガス圧力 を少なくとも満足するに至る時間ｔとすることである。
上記、プラズマ発生のための電力は、マイクロ波電力
が好ましいが、必ずしもこれに限られず、平行平板型の
電極に高周波電力を投入してもよく、周知のプラズマ発
生源が使用可能であることは云うまでもない。
が好ましいが、必ずしもこれに限られず、平行平板型の
電極に高周波電力を投入してもよく、周知のプラズマ発
生源が使用可能であることは云うまでもない。
次に上記本発明のプラズマエッチング処理方法は例え
ば、被処理試料を保持する手段を内蔵したプラズマ処理
容器と、前記容器を真空排気する排気手段と、前記容器
内にプラズマを発生させる電力投入手段と、同じく前記
容器内に少なくともエッチングガスとデポジションガス
とを交互に時間的に切替えて周期的に供給し得る少なく
とも２系統のガス導入手段とを備えたタイムモジュレー
テッドプラズマ処理装置であって、前記ガス導入手段に
はそれぞれのガス流量に見合って順次所定時間の周期で
交互に切替え得るガス切替制御器を接続すると共に前記
ガス切替制御器のガス切替え周期に連動させて前記プラ
ズマを発生させる電力投入手段を周期的にオン−オフ動
作させる電力投入制御器とを具備して成ることを特徴と
するプラズマエッチング処理装置によって実施すること
ができる。そしてこのプラズマエッチング処理装置は、
好ましくは、上記被処理試料もしくはその周囲に高周波
バイアス電力を周期的に投入する手段を設けると共に、
前記周期的高周波電力投入のオン−オフ制御を上記ガス
切替制御器におけるエッチングガス周期と運動させて上
記電力投入制御器で動作させる構成とすることである。
上記高周波電力投入時のオン−オフにおけるオフは、一
般に電力を完全に遮断することであるが、場合によって
は遮断の代りに高周波電源側に設けたインピーダンスマ
ッチング回路で電力の強弱を制御することでもよい。
ば、被処理試料を保持する手段を内蔵したプラズマ処理
容器と、前記容器を真空排気する排気手段と、前記容器
内にプラズマを発生させる電力投入手段と、同じく前記
容器内に少なくともエッチングガスとデポジションガス
とを交互に時間的に切替えて周期的に供給し得る少なく
とも２系統のガス導入手段とを備えたタイムモジュレー
テッドプラズマ処理装置であって、前記ガス導入手段に
はそれぞれのガス流量に見合って順次所定時間の周期で
交互に切替え得るガス切替制御器を接続すると共に前記
ガス切替制御器のガス切替え周期に連動させて前記プラ
ズマを発生させる電力投入手段を周期的にオン−オフ動
作させる電力投入制御器とを具備して成ることを特徴と
するプラズマエッチング処理装置によって実施すること
ができる。そしてこのプラズマエッチング処理装置は、
好ましくは、上記被処理試料もしくはその周囲に高周波
バイアス電力を周期的に投入する手段を設けると共に、
前記周期的高周波電力投入のオン−オフ制御を上記ガス
切替制御器におけるエッチングガス周期と運動させて上
記電力投入制御器で動作させる構成とすることである。
上記高周波電力投入時のオン−オフにおけるオフは、一
般に電力を完全に遮断することであるが、場合によって
は遮断の代りに高周波電源側に設けたインピーダンスマ
ッチング回路で電力の強弱を制御することでもよい。
また、上記プラズマを発生させる電力投入手段として
は、他の周知の手段でもよいが、は実用上、マイクロ波
電力投入手段とすることが好ましい。
は、他の周知の手段でもよいが、は実用上、マイクロ波
電力投入手段とすることが好ましい。
一般に、エッチングガス導入によるエッチングとデポ
ジションガス導入によるデポジションを周期的に組合せ
てプラズマエッチング処理を行うと、マスクパターンに
より形成された被加工部の狭い間隙と広い間隙とにおけ
るエッチング速度差は少なくなる。つまり、エッチング
速度及びデポジション速度共に狭い間隙より広い間隙の
方が高くなり、これら両者の速度の高い領域つまり広い
間隙において、両者の相互作用が大きく働き、エッチン
グ速度が狭い間隙のそれに近づき、全体としてのエッチ
ング速度差が小さくなる。しかし、これもマスクパター
ン間隙が0.3μｍ以下という微細パターンになると単に
上記両ガスを交互に切替えるTMエッチングのみでは限度
があり、マイクロローディング効果を低減して被加工面
全体のエッチング速度をむら無く均一化することが困難
であった。そこで、本発明においては、従来のようにプ
ラズマエッチング処理中に連続してプラズマ発生のため
の電力を投入しておくのでなく、エッチングガス周期に
入る前、つまりデポジションガス周期に入ってから一定
の停止時間経過後、実用上好ましくはその周期の末期に
近い時点で投入し、エッチングガス周期が終了する時点
で遮断するといったようにプラズマ発生の電力投入ガス
の切替え周期に連動させて周期的に行うようにしたもの
である。これにより、デポジションとエッチングとを両
作用を一層巧みに進行させることができ0.3μｍという
微細パターンでの均一なエッチング加工を可能とした。
本発明では、上記のように、プラズマ発生の電力投入を
一定の停止期間をおいて周期的に行うものであるが、投
入時のタイミングとしては、エッチングガス周期からデ
ポジションガス周期に切替り、処理雰囲気中のガス組成
が、完全にデポジションガスで交換された時点が理想で
ある。しかし、この時点まで停止期間をおくと、全体の
プラズマエッチング処理時間が長くなるので、実用的に
は残留エッチングガス圧VEの処理雰囲気ガス中に占める
割合が５％以下、つまりデポジションガス圧をVDとした
とき、一般式 を満足させるに至る時間ｔを遮断停止期間ｔとすればよ
い。実際には、上述のごとくデポジションガス周期の末
期に近い時点に投入するよう電力投入制御器で時間管理
をさせればよい。また、電力の遮断タイミングは、上述
のごとくエッチングガス周期の終点に同期させればよい
が、多少前後にぜずれてもかまわない。ただし、ずれる
場合には後のデポジションガス周期の始め側にずれるよ
りも前に、つまりエッチングガス周期の末期側にずれた
方が良い。
ジションガス導入によるデポジションを周期的に組合せ
てプラズマエッチング処理を行うと、マスクパターンに
より形成された被加工部の狭い間隙と広い間隙とにおけ
るエッチング速度差は少なくなる。つまり、エッチング
速度及びデポジション速度共に狭い間隙より広い間隙の
方が高くなり、これら両者の速度の高い領域つまり広い
間隙において、両者の相互作用が大きく働き、エッチン
グ速度が狭い間隙のそれに近づき、全体としてのエッチ
ング速度差が小さくなる。しかし、これもマスクパター
ン間隙が0.3μｍ以下という微細パターンになると単に
上記両ガスを交互に切替えるTMエッチングのみでは限度
があり、マイクロローディング効果を低減して被加工面
全体のエッチング速度をむら無く均一化することが困難
であった。そこで、本発明においては、従来のようにプ
ラズマエッチング処理中に連続してプラズマ発生のため
の電力を投入しておくのでなく、エッチングガス周期に
入る前、つまりデポジションガス周期に入ってから一定
の停止時間経過後、実用上好ましくはその周期の末期に
近い時点で投入し、エッチングガス周期が終了する時点
で遮断するといったようにプラズマ発生の電力投入ガス
の切替え周期に連動させて周期的に行うようにしたもの
である。これにより、デポジションとエッチングとを両
作用を一層巧みに進行させることができ0.3μｍという
微細パターンでの均一なエッチング加工を可能とした。
本発明では、上記のように、プラズマ発生の電力投入を
一定の停止期間をおいて周期的に行うものであるが、投
入時のタイミングとしては、エッチングガス周期からデ
ポジションガス周期に切替り、処理雰囲気中のガス組成
が、完全にデポジションガスで交換された時点が理想で
ある。しかし、この時点まで停止期間をおくと、全体の
プラズマエッチング処理時間が長くなるので、実用的に
は残留エッチングガス圧VEの処理雰囲気ガス中に占める
割合が５％以下、つまりデポジションガス圧をVDとした
とき、一般式 を満足させるに至る時間ｔを遮断停止期間ｔとすればよ
い。実際には、上述のごとくデポジションガス周期の末
期に近い時点に投入するよう電力投入制御器で時間管理
をさせればよい。また、電力の遮断タイミングは、上述
のごとくエッチングガス周期の終点に同期させればよい
が、多少前後にぜずれてもかまわない。ただし、ずれる
場合には後のデポジションガス周期の始め側にずれるよ
りも前に、つまりエッチングガス周期の末期側にずれた
方が良い。
また、本発明のTMエッチングにおいては、さらにエッ
チング周期中に被処理試料もしくはその周囲に高周波バ
イアス電力を所定時間間隔で、エッチングガス周期に同
期させて投入することが望ましい。この高周波バイアス
電力の投入は、全体的なエッチング速度の向上に有効で
ある。つまり、エッチング周期での初期にはデポジショ
ン膜が形成されていることになるので、このデポジショ
ン膜をイオンによって効率良く除去できる。しかし、エ
ッチング周期の期間中連続してイオンの働きを十分に行
わせると選択性が低下したり、マイクロローディング効
果を低減できないなど逆効果となるので、高周波バイア
ス電力の投入期間はエッチング周期よりは短くすべきで
ある。そして、この高周波バイアス電力の周期的な投入
時間の管理についても上記プラズマ発生の電力投入の管
理と同様に電力投入制御器で管理することができる。
チング周期中に被処理試料もしくはその周囲に高周波バ
イアス電力を所定時間間隔で、エッチングガス周期に同
期させて投入することが望ましい。この高周波バイアス
電力の投入は、全体的なエッチング速度の向上に有効で
ある。つまり、エッチング周期での初期にはデポジショ
ン膜が形成されていることになるので、このデポジショ
ン膜をイオンによって効率良く除去できる。しかし、エ
ッチング周期の期間中連続してイオンの働きを十分に行
わせると選択性が低下したり、マイクロローディング効
果を低減できないなど逆効果となるので、高周波バイア
ス電力の投入期間はエッチング周期よりは短くすべきで
ある。そして、この高周波バイアス電力の周期的な投入
時間の管理についても上記プラズマ発生の電力投入の管
理と同様に電力投入制御器で管理することができる。
実施例１ 以下、本発明の一実施例を第１図のマイクロ（μ）波
プラズマ処理装置に基づいて説明する。すなわち、第１
図は本発明装置の要部構成を示した断面図であり、本装
置の主要構成要素のうち、マグネトロンから成るマイク
ロ波発生器１、導波管２、マイクロ波透過性真空容器
（放電管）３、磁場発生用電磁コイル４、試料台６、試
料７、固定電位付与電極８、高周波電力印加電源９、マ
イクロ波発生用電源10、放電用ガス導入管11、ガス排気
口12、発光モニター用プラズマ発光採光窓13、発光モニ
ター処理装置14は、従来から用いられていたものであ
る。ここに放電用ガス導入管11に、少なくともデポジシ
ョンガスとエッチングガスとの２系統以上のガスライ
ン、この例では15a、15b、15cの３系統が設けられてお
り、これらのガスラインをそれぞれ特定の時間だけON−
OFFさせるためのガス切替制御器16、および高周波電力
印加電源９、マイクロ波発生用電源10、ガス切替制御器
16をそれぞれ時間的に総合的に制御する一括制御器17を
設けた。なお、この一括制御器17は、ガス切替制御器16
による各ガスラインのON−OFF制御に連動してプラズマ
発生用マイクロ波電源10及び高周波電力印加電源９をそ
れぞれON−OFF制御する機能を有するものであることか
ら電力投入制御器と呼ぶことができる。本実施例の二つ
以上のガスライン15a、15b、15cは一つの防電用ガス導
入管11に接続しているが、それぞれを直接真空室内に並
列的に接続してもよいことはいうまでもない。さらに詳
細説明をすれば、ガスライン15a、15b、15cのうち一つ
のラインだけON状態にして、他の二のラインをOFF状態
にしている時にこれらOFF状態のラインは図面は省略し
たが別途バイパス排気ラインを設けてガス排気を行う
と、次にこれらのラインをON状態にする時の応答速度が
早く、望ましい短時間制御ができる。また、高周波電力
印加電源９と試料台６の間にはインピーダンスマッチン
グ回路を電源側に設けてあり、高周波印加電源９のON−
OFF制御は必ずしも、電源のON−OFFではなく、パワーの
強弱制御（例えば定在波比SWRのコントロール）であっ
ても良い。固定電位付与電極８は真空容器内の試料台６
の軸の外周に沿ってシールドするように取付けられ、そ
の上部が上記台６に沿って広がった導電材料よりなる構
造となっているが、この構造はバイアス印加値をできる
だけ高くしたい場合には、固定電位付与電極面積を大き
くしたり、設置場所の変更も可能である。以下、この装
置の動作機構の説明を含めエッチング処理方法の一実施
例を次の実施例２により説明する。
プラズマ処理装置に基づいて説明する。すなわち、第１
図は本発明装置の要部構成を示した断面図であり、本装
置の主要構成要素のうち、マグネトロンから成るマイク
ロ波発生器１、導波管２、マイクロ波透過性真空容器
（放電管）３、磁場発生用電磁コイル４、試料台６、試
料７、固定電位付与電極８、高周波電力印加電源９、マ
イクロ波発生用電源10、放電用ガス導入管11、ガス排気
口12、発光モニター用プラズマ発光採光窓13、発光モニ
ター処理装置14は、従来から用いられていたものであ
る。ここに放電用ガス導入管11に、少なくともデポジシ
ョンガスとエッチングガスとの２系統以上のガスライ
ン、この例では15a、15b、15cの３系統が設けられてお
り、これらのガスラインをそれぞれ特定の時間だけON−
OFFさせるためのガス切替制御器16、および高周波電力
印加電源９、マイクロ波発生用電源10、ガス切替制御器
16をそれぞれ時間的に総合的に制御する一括制御器17を
設けた。なお、この一括制御器17は、ガス切替制御器16
による各ガスラインのON−OFF制御に連動してプラズマ
発生用マイクロ波電源10及び高周波電力印加電源９をそ
れぞれON−OFF制御する機能を有するものであることか
ら電力投入制御器と呼ぶことができる。本実施例の二つ
以上のガスライン15a、15b、15cは一つの防電用ガス導
入管11に接続しているが、それぞれを直接真空室内に並
列的に接続してもよいことはいうまでもない。さらに詳
細説明をすれば、ガスライン15a、15b、15cのうち一つ
のラインだけON状態にして、他の二のラインをOFF状態
にしている時にこれらOFF状態のラインは図面は省略し
たが別途バイパス排気ラインを設けてガス排気を行う
と、次にこれらのラインをON状態にする時の応答速度が
早く、望ましい短時間制御ができる。また、高周波電力
印加電源９と試料台６の間にはインピーダンスマッチン
グ回路を電源側に設けてあり、高周波印加電源９のON−
OFF制御は必ずしも、電源のON−OFFではなく、パワーの
強弱制御（例えば定在波比SWRのコントロール）であっ
ても良い。固定電位付与電極８は真空容器内の試料台６
の軸の外周に沿ってシールドするように取付けられ、そ
の上部が上記台６に沿って広がった導電材料よりなる構
造となっているが、この構造はバイアス印加値をできる
だけ高くしたい場合には、固定電位付与電極面積を大き
くしたり、設置場所の変更も可能である。以下、この装
置の動作機構の説明を含めエッチング処理方法の一実施
例を次の実施例２により説明する。
実施例２ 次に、エッチング処理の一実施例を第１図に従って説
明する。真空容器３はあらかじめガス排気口12から排気
ポンプ（図面省略）により真空排気されており、同容器
内にガスライン15a及び15bを通してエッチング及びデポ
ジション用のガスがそれぞれ交互にガス切替制御器16の
指令を受けて周期的に減圧状態で導入され、このガス切
替制御器16のON−OFFの時間スケジュールに同期して一
括制御17を動作させその指令に基づいてマイクロ波発生
用電源10を周期的にON−OFFさせることによりマイクロ
波発生器１で発生させたマイクロ波によって、励起さ
れ、周期的にプラズマが発生する。図には示さなかった
が、導波管２の導波回路にアイソレータやパワーメータ
を備えておけばマイクロ波の制御及び装置の安定性にと
って役立つ。電磁コイル４はプラズマ発生効率を向上さ
せるために外部から磁場をあたえるための手段であり、
磁場強度を875ガウスにすれば2.45GHzのマイクロ波との
相互作用によりエレクトロン サイクロトロン レゾナ
ンス（ECR）状態にすることも可能である。またガス圧
力が高いときには磁場がなくても放電するので、必ずし
も磁場コイルを必要とするものではない。このようにし
て発生したプラズマ中の反応性のある活性種が試料７と
反応し、エッチング及びデポジションが交互に周期的に
進行する。
明する。真空容器３はあらかじめガス排気口12から排気
ポンプ（図面省略）により真空排気されており、同容器
内にガスライン15a及び15bを通してエッチング及びデポ
ジション用のガスがそれぞれ交互にガス切替制御器16の
指令を受けて周期的に減圧状態で導入され、このガス切
替制御器16のON−OFFの時間スケジュールに同期して一
括制御17を動作させその指令に基づいてマイクロ波発生
用電源10を周期的にON−OFFさせることによりマイクロ
波発生器１で発生させたマイクロ波によって、励起さ
れ、周期的にプラズマが発生する。図には示さなかった
が、導波管２の導波回路にアイソレータやパワーメータ
を備えておけばマイクロ波の制御及び装置の安定性にと
って役立つ。電磁コイル４はプラズマ発生効率を向上さ
せるために外部から磁場をあたえるための手段であり、
磁場強度を875ガウスにすれば2.45GHzのマイクロ波との
相互作用によりエレクトロン サイクロトロン レゾナ
ンス（ECR）状態にすることも可能である。またガス圧
力が高いときには磁場がなくても放電するので、必ずし
も磁場コイルを必要とするものではない。このようにし
て発生したプラズマ中の反応性のある活性種が試料７と
反応し、エッチング及びデポジションが交互に周期的に
進行する。
本発明例では試料６の被処理表面材料を多結晶シリコ
ン（以下Poly Siと記す）として説明するが、シリコン
基板（以下Siと記す）であっても全く同じである。本試
料は第２図にその要部断面を示すシリコン基板20上シリ
コン酸化膜21、Poly Si22があり、Poly Si22上にパター
ニングされた狭い間隙WA＝0.3μｍ、広い間隙WB＝３μ
ｍのレジストマスク23が形成されている。エッチング用
ガスとしてSF6ガスの流量を45cc/min、ガス圧力10mTor
r、デポジション用ガスとしてCCl4ガスの流量35cc/mi
n、ガス圧力は同じく10mTorrとし、それぞれガスライン
15a,15bから真空容器３内に下記の時間スケジュールで
交互に周期的に送給した。プラズマ発生にはマイクロ波
のパワーを300W一定の条件にした。また、このときの磁
場強度は真空容器３の頂部で最高1000ガウス、これより
試料方向に直線的に源衰させ、最低875ガウスに設定し
た。
ン（以下Poly Siと記す）として説明するが、シリコン
基板（以下Siと記す）であっても全く同じである。本試
料は第２図にその要部断面を示すシリコン基板20上シリ
コン酸化膜21、Poly Si22があり、Poly Si22上にパター
ニングされた狭い間隙WA＝0.3μｍ、広い間隙WB＝３μ
ｍのレジストマスク23が形成されている。エッチング用
ガスとしてSF6ガスの流量を45cc/min、ガス圧力10mTor
r、デポジション用ガスとしてCCl4ガスの流量35cc/mi
n、ガス圧力は同じく10mTorrとし、それぞれガスライン
15a,15bから真空容器３内に下記の時間スケジュールで
交互に周期的に送給した。プラズマ発生にはマイクロ波
のパワーを300W一定の条件にした。また、このときの磁
場強度は真空容器３の頂部で最高1000ガウス、これより
試料方向に直線的に源衰させ、最低875ガウスに設定し
た。
なお、ここで周期的なガスの切替え、マイクロ波放電
及び高周波バイアス電力（RF）の印加については、それ
ぞれ第３図に示す時間スケジュールにより行った。すな
わち、エッチングガスとデポジションガスの切替えは、
前者を3sec、後者を10secの周期で交互に切替えた。マ
イクロ波放電の周期は、エッチングガス周期の1sec前
（デポジションガス周期末期の1sec）から、エッチング
ガス周期（3sec）の末期までの4secと、その後9secの放
電停止期間ｔから成る。この放電周期のうち、デポジシ
ョンガス周期末期の1secは、デポジションガスの行われ
る時間域であり、その後エッチングガス周期の3secはエ
ッチングの行われる時間域となる。このようにして、第
３図の横軸に示した時間軸からわかるように１周期13se
cの繰返しで、プラズマエッチングを進行させた。ま
た、エッチング周期時間内の最初から1.2〜1.8sec間だ
けに高周波電源９の電力を30WとしてONするようにTMエ
ッチング用一括制御器17を設定し、上記Poly Si試料を
エッチングすると、第４図に示すような、垂直でかつ選
択性が良好で、なおかつ広い間隙と狭い間隙とのエッチ
ング深さ、それぞれ24、25がほぼ同等な深さになる結果
が得られた。第４図ではPoly Siのエッチング途中で止
めた図を示したが、シラコン酸化膜21表面まですなわち
終点までエッチングしても同じである。このようにマイ
クロローディング効果が無視できるエッチングが可能と
なった。本実施例における広い間隙と狭い間隙とのエッ
チング深さの差は３％以内であった。ここで、エッチン
グ周期時間内の最初の1.2secだけ印加する高周波電力を
1.0secとすると、エッチ速度が著しく低下した。同じく
上記時間を2secとするとエッチ速度は大きいが、下地の
SiO2のエッチ速度も大きくなり、更に3sec（エッチング
周期全体）とするとますますその選択性が低下した。し
たがって、エッチ速度を低下させず垂直で選択性が高
く、かつマイクロローディングのないエッチングを行う
には上記高周波電力の印加時間が重要となることは明白
である。最適な高周波電力の印加時間がガス流量、ガス
圧力、プラズマを発生させているマイクロ波の電力に依
存することはいうまでもない。いずれにしても、エッチ
ング周期中に高周波バイアス電力を印加する場合には、
エッチング周期全体に印加するのは好ましくなく、それ
より短い時間内とすべきである。
及び高周波バイアス電力（RF）の印加については、それ
ぞれ第３図に示す時間スケジュールにより行った。すな
わち、エッチングガスとデポジションガスの切替えは、
前者を3sec、後者を10secの周期で交互に切替えた。マ
イクロ波放電の周期は、エッチングガス周期の1sec前
（デポジションガス周期末期の1sec）から、エッチング
ガス周期（3sec）の末期までの4secと、その後9secの放
電停止期間ｔから成る。この放電周期のうち、デポジシ
ョンガス周期末期の1secは、デポジションガスの行われ
る時間域であり、その後エッチングガス周期の3secはエ
ッチングの行われる時間域となる。このようにして、第
３図の横軸に示した時間軸からわかるように１周期13se
cの繰返しで、プラズマエッチングを進行させた。ま
た、エッチング周期時間内の最初から1.2〜1.8sec間だ
けに高周波電源９の電力を30WとしてONするようにTMエ
ッチング用一括制御器17を設定し、上記Poly Si試料を
エッチングすると、第４図に示すような、垂直でかつ選
択性が良好で、なおかつ広い間隙と狭い間隙とのエッチ
ング深さ、それぞれ24、25がほぼ同等な深さになる結果
が得られた。第４図ではPoly Siのエッチング途中で止
めた図を示したが、シラコン酸化膜21表面まですなわち
終点までエッチングしても同じである。このようにマイ
クロローディング効果が無視できるエッチングが可能と
なった。本実施例における広い間隙と狭い間隙とのエッ
チング深さの差は３％以内であった。ここで、エッチン
グ周期時間内の最初の1.2secだけ印加する高周波電力を
1.0secとすると、エッチ速度が著しく低下した。同じく
上記時間を2secとするとエッチ速度は大きいが、下地の
SiO2のエッチ速度も大きくなり、更に3sec（エッチング
周期全体）とするとますますその選択性が低下した。し
たがって、エッチ速度を低下させず垂直で選択性が高
く、かつマイクロローディングのないエッチングを行う
には上記高周波電力の印加時間が重要となることは明白
である。最適な高周波電力の印加時間がガス流量、ガス
圧力、プラズマを発生させているマイクロ波の電力に依
存することはいうまでもない。いずれにしても、エッチ
ング周期中に高周波バイアス電力を印加する場合には、
エッチング周期全体に印加するのは好ましくなく、それ
より短い時間内とすべきである。
上記のごとく、高周波バイアス電力を適切に印加する
ことは、エッチングスピードを速め時間短縮する上で極
めて有効であるが、本発明では必ずしも印加する必要は
なく、使用目的に応じて選択すればよい。つまり、印加
する場合にはそれなりの条件下で行い、スループット
（エッチングスピード）の問題にしなければ印加する必
要もなく、この場合にはエッチング時間は長くなるが、
選択性が低下しないという利点がある。
ことは、エッチングスピードを速め時間短縮する上で極
めて有効であるが、本発明では必ずしも印加する必要は
なく、使用目的に応じて選択すればよい。つまり、印加
する場合にはそれなりの条件下で行い、スループット
（エッチングスピード）の問題にしなければ印加する必
要もなく、この場合にはエッチング時間は長くなるが、
選択性が低下しないという利点がある。
上記３図についてさらに詳記すると、エッチング周期
の3secのうち始めの高周波バイアス（RF）印加時間内
は、デポジションにより析出した物質をエッチング除去
するために費やされ、残りの時間が試料のSiを実質的に
エッチングするために費やされる。
の3secのうち始めの高周波バイアス（RF）印加時間内
は、デポジションにより析出した物質をエッチング除去
するために費やされ、残りの時間が試料のSiを実質的に
エッチングするために費やされる。
次に、エッチング周期後の放電停止時間（ガス交換時
間に相当）について詳述する。上記第３図の9secを6sec
以下にすると、垂直なエッチングができなかった。すな
わち、このように放電停止時間を短くすると、エッチン
グガスからデポジションガスへのガス交換が不十分な状
態下でプラズマ処理が行われるためデポジションガスが
行われず、側壁保護膜効果が発揮されずアンダーカット
形状となった。当然なことに6sec以下の放電停止時間の
場合には、マイクロローディング効果が大きくなり、最
早や本発明の目的を達成することができなかった。この
理由は、ガスの交換が十分に行われておらず、デポジシ
ョンガス（CCl4）の中に５％を越える量の残量エッチン
グガス（SF6）が含まれている状態であるからである。
この５％という値は、予めCCl4とSF6の混合ガスでエッ
チングを行った時に、全ガス流量中にSF6が５％を越え
る量含まれているとエッチングが行われ、５％以下にな
るとエッチングされなくなる測定結果があるからであ
る。このSF6の混合比は、どのような排気系、ガス導入
系を有する装置においても、SF6ガス圧力／（SF6＋CC
l4）ガス圧力の比が5/100以下となれば、デポジション
が行われるので、各ガス圧力、流量設定が変わってもそ
のガス圧比が5/100以下になる要する時間以上の時間を
放電停止時間として設定すればよい。最短時間の設定の
ためには、予備的な実験をしておくのが最も簡便である
が、発光スペクトル、質量分析計を用いて、Ｆ＋，＊/C
l＋，＊量の比を検出して、実際のガス圧力比が測定で
きる手段によって、自動的にデポジション周期に移行さ
せることもできる。
間に相当）について詳述する。上記第３図の9secを6sec
以下にすると、垂直なエッチングができなかった。すな
わち、このように放電停止時間を短くすると、エッチン
グガスからデポジションガスへのガス交換が不十分な状
態下でプラズマ処理が行われるためデポジションガスが
行われず、側壁保護膜効果が発揮されずアンダーカット
形状となった。当然なことに6sec以下の放電停止時間の
場合には、マイクロローディング効果が大きくなり、最
早や本発明の目的を達成することができなかった。この
理由は、ガスの交換が十分に行われておらず、デポジシ
ョンガス（CCl4）の中に５％を越える量の残量エッチン
グガス（SF6）が含まれている状態であるからである。
この５％という値は、予めCCl4とSF6の混合ガスでエッ
チングを行った時に、全ガス流量中にSF6が５％を越え
る量含まれているとエッチングが行われ、５％以下にな
るとエッチングされなくなる測定結果があるからであ
る。このSF6の混合比は、どのような排気系、ガス導入
系を有する装置においても、SF6ガス圧力／（SF6＋CC
l4）ガス圧力の比が5/100以下となれば、デポジション
が行われるので、各ガス圧力、流量設定が変わってもそ
のガス圧比が5/100以下になる要する時間以上の時間を
放電停止時間として設定すればよい。最短時間の設定の
ためには、予備的な実験をしておくのが最も簡便である
が、発光スペクトル、質量分析計を用いて、Ｆ＋，＊/C
l＋，＊量の比を検出して、実際のガス圧力比が測定で
きる手段によって、自動的にデポジション周期に移行さ
せることもできる。
従来のTMエッチングでは、エッチング周期と高周波バ
イアス周期とを同期させており、本発明実施例のごとき
エッチング周期後の放電停止時間を設けていなかった。
そのために従来は、デポジション周期の時間を十分に長
くとり、デポジション周期内においては初期にエッチン
グが行われ、後期にデポジションが行われるようになっ
ていた。したがって、従来のTMエッチングではデポジシ
ョン量の再現性が悪く、エッチング周期おいてデポジシ
ョン膜の除去する時間が一定しておらず、マイクロロー
ディング効果を低減し、選択性を向上させるには欠点が
多かった。この欠点をなくすには、少なくともエッチン
グ周期後の放電停止時間を設けるのがよく、スループッ
トに問題が生じなければデポジション周期後にも放電停
止時間を設けるのがよい。この放電停止時間は、ガスの
安定の交換を行えるメリットだけでなく、試料温度の上
昇を防ぐ働きもする。すなわち、本実施例では4sec間の
放電時間に対して、9sec間の放電停止時間があり、放電
停止時間／放電時間の比が2.2となり、熱輻射の計算か
ら試料温度は約1/2に抑えることができる。温度変化の
小さいことはデポジションやエッチングの安定化に有効
となる。
イアス周期とを同期させており、本発明実施例のごとき
エッチング周期後の放電停止時間を設けていなかった。
そのために従来は、デポジション周期の時間を十分に長
くとり、デポジション周期内においては初期にエッチン
グが行われ、後期にデポジションが行われるようになっ
ていた。したがって、従来のTMエッチングではデポジシ
ョン量の再現性が悪く、エッチング周期おいてデポジシ
ョン膜の除去する時間が一定しておらず、マイクロロー
ディング効果を低減し、選択性を向上させるには欠点が
多かった。この欠点をなくすには、少なくともエッチン
グ周期後の放電停止時間を設けるのがよく、スループッ
トに問題が生じなければデポジション周期後にも放電停
止時間を設けるのがよい。この放電停止時間は、ガスの
安定の交換を行えるメリットだけでなく、試料温度の上
昇を防ぐ働きもする。すなわち、本実施例では4sec間の
放電時間に対して、9sec間の放電停止時間があり、放電
停止時間／放電時間の比が2.2となり、熱輻射の計算か
ら試料温度は約1/2に抑えることができる。温度変化の
小さいことはデポジションやエッチングの安定化に有効
となる。
以上の実施例から、エッチ速度を低下させず垂直で選
択性が高く、かつマイクロローディングのないエッチン
グを安定に行うには、上記高周波電力の印加時間および
エッチング周期後の放電停止時間の関係が重要となるこ
とは明白である。これらの最適な時間はガス流量、ガス
圧力、プラズマを発生させているマイクロ波の電力に依
存することはいうまでもない。例えば、CCl4のガス流量
45cc/minと増加させたり、ガス圧力を15mTorrと高くし
たり、マイクロ波電力を250Wと低くすると、同じ1secの
デポジション時間でもデポジション膜が増加するので、
RFバイアス印加時間は1.2sec〜1.8sec（エッチング時間
の40％〜60％）であったものが2.1sec〜2.7secの間がよ
くなった。この場合のSF6ガスの流量と圧力及びエッチ
ング時間は上記実施例と同じとした。またエッチング周
期後の放電停止時間が4sec以下になると、上記実施例と
同じく垂直なエッチングができなかったが、約2secの短
縮ができる。このようにデポジション効率をかなり上げ
ても、放電停止時間は最低4secは必要であり、RFバイア
スはエッチング時間の70％〜90％が最適な条件であっ
た。さらにデポジション効率を高くする条件にすると、
エッチングより膜形成度合いのほうが大きくなり、エッ
チング形状がおかしくなるだけでなく、スループットが
著しく低下するので、現実的なエッチング技術にならな
い。以上の実施例から、かなり広く条件を変えても、放
電停止時間を０にはできず、RFバイアスもエッチング周
期中に100％印加するのはよくないことがわかる。
択性が高く、かつマイクロローディングのないエッチン
グを安定に行うには、上記高周波電力の印加時間および
エッチング周期後の放電停止時間の関係が重要となるこ
とは明白である。これらの最適な時間はガス流量、ガス
圧力、プラズマを発生させているマイクロ波の電力に依
存することはいうまでもない。例えば、CCl4のガス流量
45cc/minと増加させたり、ガス圧力を15mTorrと高くし
たり、マイクロ波電力を250Wと低くすると、同じ1secの
デポジション時間でもデポジション膜が増加するので、
RFバイアス印加時間は1.2sec〜1.8sec（エッチング時間
の40％〜60％）であったものが2.1sec〜2.7secの間がよ
くなった。この場合のSF6ガスの流量と圧力及びエッチ
ング時間は上記実施例と同じとした。またエッチング周
期後の放電停止時間が4sec以下になると、上記実施例と
同じく垂直なエッチングができなかったが、約2secの短
縮ができる。このようにデポジション効率をかなり上げ
ても、放電停止時間は最低4secは必要であり、RFバイア
スはエッチング時間の70％〜90％が最適な条件であっ
た。さらにデポジション効率を高くする条件にすると、
エッチングより膜形成度合いのほうが大きくなり、エッ
チング形状がおかしくなるだけでなく、スループットが
著しく低下するので、現実的なエッチング技術にならな
い。以上の実施例から、かなり広く条件を変えても、放
電停止時間を０にはできず、RFバイアスもエッチング周
期中に100％印加するのはよくないことがわかる。
第５図は、本発明実施例と放電停止時間を設けない従
来のTMエッチングとの比較を示したパターン間隙寸法と
エッチング深さの比との関係特性線図である。横軸は、
パターンの狭いスペース（間隙）寸法を示し、縦軸は広
い間隙またはフィールド部でのエッチング深さを１とし
て較正したエッチング深さの比である。この図の縦軸の
比が１であることは、広い間隙と狭い間隙とのエッチン
グ深さがそれぞれ等しいことを意味しており、Si面のエ
ッチングスピードが間隙の幅に関係無く等しいことを意
味している。したがって、横軸の間隙寸法が狭くなって
も、限りなくエッチング深さの比が１に近い値を維持す
ることができれば、マイクロローディング効果のない優
れたエッチング特性を有していることになる。曲線Ｂ
は、従来の例であるが、0.5μｍを越える狭い間隙にな
るとエッチング深さ比は低下しはじめ、0.2μｍの間隙
では約半分の0.5になってしまう。一方、本発明のＡ
は、１周期の放電時間4secのうち、SF6によるエッチン
グ周期3sec、CCl4によるデポジション周期1sec、エッチ
ング周期直後からの放電停止時間9sec、エッチング周期
の最初の1.6secだけRF電力30Wの印加条件での結果であ
るが、0.25μｍの間隙までエッチング深さの比はほぼ一
定の１を維持しており、極めて優れた特性を示してい
る。本発明の実施例において、最もマイクロローディン
グ効果の現われない条件下におけるTMエッチングの１サ
イクル分の制御フローを第６図に示した。前述のとお
り、エッチング及びデポジションに用いるガス種、それ
ぞれの導入周期、流量、圧力、RFパワー、μ波パワーな
どによって、RF電力の印加時間の適切値は変動するの
で、上記の1.6secが最適な一定の値でないことはいうま
でもない。
来のTMエッチングとの比較を示したパターン間隙寸法と
エッチング深さの比との関係特性線図である。横軸は、
パターンの狭いスペース（間隙）寸法を示し、縦軸は広
い間隙またはフィールド部でのエッチング深さを１とし
て較正したエッチング深さの比である。この図の縦軸の
比が１であることは、広い間隙と狭い間隙とのエッチン
グ深さがそれぞれ等しいことを意味しており、Si面のエ
ッチングスピードが間隙の幅に関係無く等しいことを意
味している。したがって、横軸の間隙寸法が狭くなって
も、限りなくエッチング深さの比が１に近い値を維持す
ることができれば、マイクロローディング効果のない優
れたエッチング特性を有していることになる。曲線Ｂ
は、従来の例であるが、0.5μｍを越える狭い間隙にな
るとエッチング深さ比は低下しはじめ、0.2μｍの間隙
では約半分の0.5になってしまう。一方、本発明のＡ
は、１周期の放電時間4secのうち、SF6によるエッチン
グ周期3sec、CCl4によるデポジション周期1sec、エッチ
ング周期直後からの放電停止時間9sec、エッチング周期
の最初の1.6secだけRF電力30Wの印加条件での結果であ
るが、0.25μｍの間隙までエッチング深さの比はほぼ一
定の１を維持しており、極めて優れた特性を示してい
る。本発明の実施例において、最もマイクロローディン
グ効果の現われない条件下におけるTMエッチングの１サ
イクル分の制御フローを第６図に示した。前述のとお
り、エッチング及びデポジションに用いるガス種、それ
ぞれの導入周期、流量、圧力、RFパワー、μ波パワーな
どによって、RF電力の印加時間の適切値は変動するの
で、上記の1.6secが最適な一定の値でないことはいうま
でもない。
実施例３ 実施例１ではSF6とCCl4ガスを用いたが、デポジショ
ン用のガスとして、C2Cl3F3、C2ClF5などＣ、Cl、Ｆを
含むガスや、SiHCl3、SiH3ClなどのSi、Ｈ、Clを含むガ
ス、CHCl3、CH3ClなどのＣ、Ｈ、Clを含むガス、CBr
F3、C2Br2F4などのＣ、Br、Ｆを含むガスを用いても、
実施例１と同じ効果が得られた。ただし、実施例１での
CCl4と同じガス流量とガス圧力においては、本発明例の
ガスはデポジション性が弱く、デポジション周期の時間
を若干長くする必要があった。本発明例におけるガス系
ではClの数が小さいほど、上記時間を長くする必要があ
った。上記時間を長くしないためにはガス流量やガス圧
力を高くすればよく、処理時間に制限があるときには、
上記流量や圧力の設定を変更することができる。
ン用のガスとして、C2Cl3F3、C2ClF5などＣ、Cl、Ｆを
含むガスや、SiHCl3、SiH3ClなどのSi、Ｈ、Clを含むガ
ス、CHCl3、CH3ClなどのＣ、Ｈ、Clを含むガス、CBr
F3、C2Br2F4などのＣ、Br、Ｆを含むガスを用いても、
実施例１と同じ効果が得られた。ただし、実施例１での
CCl4と同じガス流量とガス圧力においては、本発明例の
ガスはデポジション性が弱く、デポジション周期の時間
を若干長くする必要があった。本発明例におけるガス系
ではClの数が小さいほど、上記時間を長くする必要があ
った。上記時間を長くしないためにはガス流量やガス圧
力を高くすればよく、処理時間に制限があるときには、
上記流量や圧力の設定を変更することができる。
実施例４ 実施例１では被エッチング材料をSi、PolySiとした
が、通常のエッチングでアンダーカットの起こりやすい
材料に対して特に有効である。例えば、半導体素子材料
として用いられているAl、Ｗ、Mo、各種メタルシリサイ
ド材料においては、通常のドライエッチングで限られた
条件以外ではアンダーカットが起こりやすい。本実施例
ではAl、Ｗ、タングステンシリサイドについて、TMエッ
チングを行ったが、類似する材料に関しても同様な効果
が得られることはいうまでもない。Ｗ、タングステンシ
リサイドについては実施例１で用いたガス及びエッチン
グ条件で同様な効果が得られた。Alに関してはエッチン
グガスにCl2、デポジションガスにCCl4、SiCl4など実施
例２で用いたガスとの組合せが可能であった。
が、通常のエッチングでアンダーカットの起こりやすい
材料に対して特に有効である。例えば、半導体素子材料
として用いられているAl、Ｗ、Mo、各種メタルシリサイ
ド材料においては、通常のドライエッチングで限られた
条件以外ではアンダーカットが起こりやすい。本実施例
ではAl、Ｗ、タングステンシリサイドについて、TMエッ
チングを行ったが、類似する材料に関しても同様な効果
が得られることはいうまでもない。Ｗ、タングステンシ
リサイドについては実施例１で用いたガス及びエッチン
グ条件で同様な効果が得られた。Alに関してはエッチン
グガスにCl2、デポジションガスにCCl4、SiCl4など実施
例２で用いたガスとの組合せが可能であった。
実施例５ 実施例１で用いた試料に印加する高周波電力として80
0kHz、30Wを用いたが、13.56MHz、150Wを用いても同様
な結果が得られた。印加する周波数によって電力値が異
なるのは、プラズマ中に存在するイオンを試料表面に衝
突させるための加速電圧がそれぞれ異なるためであると
考えられる。したがって、用いる周波数について適した
電力を設定する必要があることはいうまでもない。これ
らの電力が高いほどデポジション膜の除去速度が大き
く、エッチ速度も大きくなるが、高すぎると前述したマ
スク材料のエッチ速度が大きくなり問題となり、低すぎ
るとデポジション膜の除去速度が低下し処理時間が長く
なるので、本実施例で示した値を標準として設定すると
よい。
0kHz、30Wを用いたが、13.56MHz、150Wを用いても同様
な結果が得られた。印加する周波数によって電力値が異
なるのは、プラズマ中に存在するイオンを試料表面に衝
突させるための加速電圧がそれぞれ異なるためであると
考えられる。したがって、用いる周波数について適した
電力を設定する必要があることはいうまでもない。これ
らの電力が高いほどデポジション膜の除去速度が大き
く、エッチ速度も大きくなるが、高すぎると前述したマ
スク材料のエッチ速度が大きくなり問題となり、低すぎ
るとデポジション膜の除去速度が低下し処理時間が長く
なるので、本実施例で示した値を標準として設定すると
よい。
実施例６ 上記までの実施例は試料の温度制御を特に行っていな
かった。従来試料のシリコンウェーハは試料台に乗せら
れるが、試料台を水冷していたとしても、熱接触が十分
でないためにプラズマ照射条件により温度が一定でなか
った。本実施例では試料台を水冷温度以下にすることを
可能とする冷却手段を設けた。例えば、液体窒素と加熱
ヒータとの組合せで温度制御する方式、冷凍機と加熱ヒ
ータとの組合せ方式を採用した。この場合、試料台以外
の真空容器内壁温度は常温でもよい。本実施例のような
被エッチング試料の温度を低くしてエッチングする方法
を低温エッチングと呼ぶ。
かった。従来試料のシリコンウェーハは試料台に乗せら
れるが、試料台を水冷していたとしても、熱接触が十分
でないためにプラズマ照射条件により温度が一定でなか
った。本実施例では試料台を水冷温度以下にすることを
可能とする冷却手段を設けた。例えば、液体窒素と加熱
ヒータとの組合せで温度制御する方式、冷凍機と加熱ヒ
ータとの組合せ方式を採用した。この場合、試料台以外
の真空容器内壁温度は常温でもよい。本実施例のような
被エッチング試料の温度を低くしてエッチングする方法
を低温エッチングと呼ぶ。
低温エッチングでは各種ガスの吸着効率が高くなるの
で、特にデポジションガスの流量や圧力を低くしても良
いことがわかった。実際に試料温度を−30℃にしたと
き、実施例２で用いたデポジションガスC2Cl3F3の流量
と圧力の両者とも約1/2にしても同様な効果が得られる
ことがわかった。逆にC2Cl3F3では、試料温度が40℃以
上になるとガス流量や圧力を高くしてもデポジション膜
形成効率が低く、TMエッチングの目的を達成できないこ
とがある。試料温度のみを低温にすることによりデポジ
ションガスを減らせると、真空容器内壁の汚れを低減で
きるので、半導体製造装置として非常に有利となる。デ
ポジションガスの種類によって試料温度が効果的になる
値はそれぞれ異なることはいうまでもない。
で、特にデポジションガスの流量や圧力を低くしても良
いことがわかった。実際に試料温度を−30℃にしたと
き、実施例２で用いたデポジションガスC2Cl3F3の流量
と圧力の両者とも約1/2にしても同様な効果が得られる
ことがわかった。逆にC2Cl3F3では、試料温度が40℃以
上になるとガス流量や圧力を高くしてもデポジション膜
形成効率が低く、TMエッチングの目的を達成できないこ
とがある。試料温度のみを低温にすることによりデポジ
ションガスを減らせると、真空容器内壁の汚れを低減で
きるので、半導体製造装置として非常に有利となる。デ
ポジションガスの種類によって試料温度が効果的になる
値はそれぞれ異なることはいうまでもない。
以上の実施例で記した方法はかなり広い条件範囲で垂
直エッチングと選択性の向上を実現できるが、マイクロ
ローディング効果を低減させるには第５図で示したよう
に、エッチング周期とデポジション周期の時間比及び高
周波電力とその印加時間が限られる。
直エッチングと選択性の向上を実現できるが、マイクロ
ローディング効果を低減させるには第５図で示したよう
に、エッチング周期とデポジション周期の時間比及び高
周波電力とその印加時間が限られる。
実施例７ MOSトランジスタの製造のプロセスにおける実際のゲ
ート電極材料などのエッチングでは、エッチング終点に
達した後、オーバエッチングが行われる。上記した実施
例のほとんどはエッチング終点までのことを記したもの
であるが、オーバエッチングでは必ずしも同じTMエッチ
ングである必要はない。また実際のゲート電極材料にお
いてしばしば用いられる多層膜電極材料に関しても、上
層と下層とで同じTMエッチングでなければならないこと
はない。すなわち、目的に応じてTMエッチング条件を変
えたり、TMエッチングを行わず、通常の連続放電による
エッチングを組合せることができる。
ート電極材料などのエッチングでは、エッチング終点に
達した後、オーバエッチングが行われる。上記した実施
例のほとんどはエッチング終点までのことを記したもの
であるが、オーバエッチングでは必ずしも同じTMエッチ
ングである必要はない。また実際のゲート電極材料にお
いてしばしば用いられる多層膜電極材料に関しても、上
層と下層とで同じTMエッチングでなければならないこと
はない。すなわち、目的に応じてTMエッチング条件を変
えたり、TMエッチングを行わず、通常の連続放電による
エッチングを組合せることができる。
本実施例ではゲート電極材料をエッチングしたあとの
オーバエッチングに関する一実施例について説明する。
ゲート電極材料層の下には数10から数100Åと薄いSiO2
膜があり、さらに表面全体に段差がある。したがって、
この段差部に残存するゲート電極材料を残さずエッチン
グ除去するには、100％以上のオーバエッチングをしな
ければならないことが多い。かなりの長時間のオーバエ
ッチングに対してSiO2膜を消去させず、すでに加工した
ゲート電極がサイドエッチングしないようにしなければ
ならない。このためには選択性のよいエッチング条件と
し、デポジションをできるだけ少なくするのがよい。例
えば、オーバエッチングはTMエッチングとせず、SF6だ
けのエッチング条件でRFバイアスを０にするのがよい。
しかし、この場合には、約200％以上のオーバエッチン
グでサイドエッチングが起こりはじめた。200％以上の
オーバエッチングを必要とるときには、TMエッチング条
件をエッチング中に変える方法で対処できる。例えばエ
ッチング時間を5secとして、他の条件は実施例１と同じ
にしたとき、約300％までサイドエッチングもなく、SiO
2膜を消去させずに、段階部のゲート電極材料をエッチ
ングすることができた。本実施例のように各ステップご
とにTMエッチング条件を設定し、実際の素子構造に適し
たエッチングプロセスを構築することができる。前記し
た多層膜のエッチングに対しても、あらかじめ各層ごと
に適したTMエッチング条件を検討しておけば、各層を１
ステップとしてプログラム化して、最適なエッチングが
行える。
オーバエッチングに関する一実施例について説明する。
ゲート電極材料層の下には数10から数100Åと薄いSiO2
膜があり、さらに表面全体に段差がある。したがって、
この段差部に残存するゲート電極材料を残さずエッチン
グ除去するには、100％以上のオーバエッチングをしな
ければならないことが多い。かなりの長時間のオーバエ
ッチングに対してSiO2膜を消去させず、すでに加工した
ゲート電極がサイドエッチングしないようにしなければ
ならない。このためには選択性のよいエッチング条件と
し、デポジションをできるだけ少なくするのがよい。例
えば、オーバエッチングはTMエッチングとせず、SF6だ
けのエッチング条件でRFバイアスを０にするのがよい。
しかし、この場合には、約200％以上のオーバエッチン
グでサイドエッチングが起こりはじめた。200％以上の
オーバエッチングを必要とるときには、TMエッチング条
件をエッチング中に変える方法で対処できる。例えばエ
ッチング時間を5secとして、他の条件は実施例１と同じ
にしたとき、約300％までサイドエッチングもなく、SiO
2膜を消去させずに、段階部のゲート電極材料をエッチ
ングすることができた。本実施例のように各ステップご
とにTMエッチング条件を設定し、実際の素子構造に適し
たエッチングプロセスを構築することができる。前記し
た多層膜のエッチングに対しても、あらかじめ各層ごと
に適したTMエッチング条件を検討しておけば、各層を１
ステップとしてプログラム化して、最適なエッチングが
行える。
本発明によれば、従来不可能に近かった間隙0.3μｍ
以下におけるマイクロローディング効果を回避できるの
で、同一エッチング面にいろいろな寸法が混在する半導
体集積回路素子の微細加工に非常に有効となる。特に、
下地SiO2膜厚が薄い場合とか、エッチング終点のないSi
基板のエッチングに有効である。
以下におけるマイクロローディング効果を回避できるの
で、同一エッチング面にいろいろな寸法が混在する半導
体集積回路素子の微細加工に非常に有効となる。特に、
下地SiO2膜厚が薄い場合とか、エッチング終点のないSi
基板のエッチングに有効である。
第１図は本発明のプラズマエッチング処理方法を実施す
るマイクロ波プラズマエッチング装置の要部断面図、第
２図は被エッチング試料の断面図、第３図はTMエッチン
グの一実施例となるタイムスケジュールを示した図、第
４図は本発明のTMエッチングによる第２図の試料をエッ
チングした被エッチング試料の断面図、第５図は本発明
の一実施例と従来法とのマイクロローディング効果の比
較を示す図、第６図は本発明の代表的なTMエッチングの
１サイクルにおける制御の一実施例を示したタイムスケ
ジュールである。 符号の説明 １……マイクロ波発生器、２……導波管 ３……マイクロ波透過性真空容器 ４……磁場発生用電磁コイル ６……試料台、７……試料 ８……固定電位付与電極、９……高周波印加電源 10……マイクロ波発生用電源 11……放電用ガス導入管、12……ガス排気口 13……発光モニター用プラズマ発光採光窓 14……発光モニター処理装置 15a、15b、15c……ガスライン 16……ガス切替制御器、17……一括制御器 20……シリコン基板、21……シリコン酸化膜 22……多結晶シリコン、23……レジストマスク 24……広い間隙でのエッチング深さ 25……狭い間隙でのエッチング深さ
るマイクロ波プラズマエッチング装置の要部断面図、第
２図は被エッチング試料の断面図、第３図はTMエッチン
グの一実施例となるタイムスケジュールを示した図、第
４図は本発明のTMエッチングによる第２図の試料をエッ
チングした被エッチング試料の断面図、第５図は本発明
の一実施例と従来法とのマイクロローディング効果の比
較を示す図、第６図は本発明の代表的なTMエッチングの
１サイクルにおける制御の一実施例を示したタイムスケ
ジュールである。 符号の説明 １……マイクロ波発生器、２……導波管 ３……マイクロ波透過性真空容器 ４……磁場発生用電磁コイル ６……試料台、７……試料 ８……固定電位付与電極、９……高周波印加電源 10……マイクロ波発生用電源 11……放電用ガス導入管、12……ガス排気口 13……発光モニター用プラズマ発光採光窓 14……発光モニター処理装置 15a、15b、15c……ガスライン 16……ガス切替制御器、17……一括制御器 20……シリコン基板、21……シリコン酸化膜 22……多結晶シリコン、23……レジストマスク 24……広い間隙でのエッチング深さ 25……狭い間隙でのエッチング深さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻本 和典 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田地 新一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−126835（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−102529（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/3065
Claims (4)
- 【請求項１】デポジションガスとエッチングガスとを所
定時間間隔で交互に切替えて周期的にガス交換をしなが
らプラズマ処理するタイムモジュレーテッドプラズマエ
ッチング処理方法において、エッチングガス周期に入る
前にプラズマ発生のための電力を投入してプラズマ放電
を開始し、エッチングガス周期のほぼ終点で遮断し、引
続き所定の放電停止期間をおいてデポジションガス周期
中に再度電力を投入して放電を開始し、ガス切替えの時
間スケジュールに合せてプラズマ発生の電力を周期的に
投入することを特徴とするプラズマエッチング処理方
法。 - 【請求項２】請求項１記載のプラズマエッチング処理方
法において、エッチングガス周期の少なくとも初期の所
定時間、エッチングガス周期を越えない範囲内で、高周
波バイアス電力を被処理試料もしくは、その周囲にエッ
チングガス周期と連動させて周期的に投入することを特
徴とするプラズマエッチング処理方法。 - 【請求項３】上記デポジションガス周期中におけるプラ
ズマ発生のための電力の遮断停止期間をｔとしたとき、
プラズマ処理の停止された雰囲気中の残留エッチングガ
ス圧力VEに対する全ガス圧力（VE＋VD）の比が ただしVDはデポジションガス圧力 を少なくとも満足するに至る時間ｔとしたことを特徴と
する請求項１もしくは２記載のプラズマエッチング処理
方法。 - 【請求項４】デポジションガスとエッチングガスとを所
定時間間隔で交互に切替えて周期的にガス交換をしなが
らプラズマ処理するタイムモジュレーテッドプラズマエ
ッチング処理方法において、エッチングガス周期に入る
前にプラズマ発生のための電力を投入してプラズマ放電
を開始し、前記プラズマ放電をエッチングガス周期末期
に遮断し、引続き所定の放電停止期間をおいてデポジシ
ョンガス周期中に再度電力を投入して放電を開始し、ガ
ス切替えの時間スケジュールと一定の関係を保持してプ
ラズマ発生の電力を周期的に投入することを特徴とする
プラズマエッチング処理方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63256953A JP2918892B2 (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | プラズマエッチング処理方法 |
| US07/418,223 US4985114A (en) | 1988-10-14 | 1989-10-06 | Dry etching by alternately etching and depositing |
| DE68927699T DE68927699T2 (de) | 1988-10-14 | 1989-10-13 | Trockenätzverfahren |
| EP89119069A EP0363982B1 (en) | 1988-10-14 | 1989-10-13 | Dry etching method |
| KR1019890014762A KR970000417B1 (ko) | 1988-10-14 | 1989-10-14 | 드라이 에칭방법 및 드라이 에칭장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63256953A JP2918892B2 (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | プラズマエッチング処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02105413A JPH02105413A (ja) | 1990-04-18 |
| JP2918892B2 true JP2918892B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=17299657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63256953A Expired - Lifetime JP2918892B2 (ja) | 1988-10-14 | 1988-10-14 | プラズマエッチング処理方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4985114A (ja) |
| EP (1) | EP0363982B1 (ja) |
| JP (1) | JP2918892B2 (ja) |
| KR (1) | KR970000417B1 (ja) |
| DE (1) | DE68927699T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101564473B1 (ko) * | 2007-11-21 | 2015-10-29 | 램 리써치 코포레이션 | 텅스턴 함유층에 대한 에칭 마이크로로딩을 제어하는 방법 |
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