JPH0219968B2 - - Google Patents
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- JPH0219968B2 JPH0219968B2 JP19890381A JP19890381A JPH0219968B2 JP H0219968 B2 JPH0219968 B2 JP H0219968B2 JP 19890381 A JP19890381 A JP 19890381A JP 19890381 A JP19890381 A JP 19890381A JP H0219968 B2 JPH0219968 B2 JP H0219968B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- etching
- gas
- plasma
- ions
- radicals
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/32623—Mechanical discharge control means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(a) 技術の分野
本発明はプラズマ・エツチング方法及びその装
置に係り、特にサブミクロン加工に用いるプラズ
マ・エツチング方法及びその装置に関する。
置に係り、特にサブミクロン加工に用いるプラズ
マ・エツチング方法及びその装置に関する。
(b) 技術の背景
超LSI等サブミクロン・パターンを有する半導
体装置を製造する際のプラズマ・エツチングに於
ては、該半導体装置の製造歩留まりを向上せしめ
るうえで、サイド・エツチング及びイオン衝撃に
よるダメージを極力減らすことが極めて重要であ
る。
体装置を製造する際のプラズマ・エツチングに於
ては、該半導体装置の製造歩留まりを向上せしめ
るうえで、サイド・エツチング及びイオン衝撃に
よるダメージを極力減らすことが極めて重要であ
る。
(c) 従来技術と問題点
サイド・エツチングの少ない従来の代表的エツ
チング手段としてリアクテイブ・イオン・エツチ
ング法がある。該リアクテイブ・イオン・エツチ
ング法に於ては第1図に示す装置の断面模式図の
ように、エツチング・ガス流入口1と真空排気口
2を有するエツチング室3内に配設されたターゲ
ツト電極4上に被処理基板5を載置し、エツチン
グ室3内を10-1〜10-3〔Torr〕程度のエツチン
グ・ガス圧に保つてターゲツト電極4と対向電極
6間に0.3〜2〔KW〕程度の高周波RFを印加し
てプラズマ7を発生せしめ、該プラズマによつて
励起形成されたエツチング・ガスのイオン及びラ
ジカルによつて被処理基板5面のエツチングがな
される。そして該リアクテイブ・イオンエツチン
グ法に於ては被処理基板5の上部に形成される基
板面に対して乗直な電界によりエツチング・ガ
ス・イオン方向性が付与されてサイド・エツチン
グ量が減少する。
チング手段としてリアクテイブ・イオン・エツチ
ング法がある。該リアクテイブ・イオン・エツチ
ング法に於ては第1図に示す装置の断面模式図の
ように、エツチング・ガス流入口1と真空排気口
2を有するエツチング室3内に配設されたターゲ
ツト電極4上に被処理基板5を載置し、エツチン
グ室3内を10-1〜10-3〔Torr〕程度のエツチン
グ・ガス圧に保つてターゲツト電極4と対向電極
6間に0.3〜2〔KW〕程度の高周波RFを印加し
てプラズマ7を発生せしめ、該プラズマによつて
励起形成されたエツチング・ガスのイオン及びラ
ジカルによつて被処理基板5面のエツチングがな
される。そして該リアクテイブ・イオンエツチン
グ法に於ては被処理基板5の上部に形成される基
板面に対して乗直な電界によりエツチング・ガ
ス・イオン方向性が付与されてサイド・エツチン
グ量が減少する。
しかしながら上記リアクテイブ・イオンエツチ
ングに於てはエツチングが高温のプラズマ内でな
されるために、エツチング・ガスのイオンやラジ
カルの熱運動により生ずる0.2〜0.3〔μm〕程度
のサイド・エツチング、及び上記のような高電圧
で加速されたエツチング・ガス・イオンの衝撃に
よつて被処理基板面に生ずる0.5〔μm〕程度の深
さのダメージ等は避けられないという問題があ
る。そしてこれらの問題は通常の半導体集積回路
素子(IC)等に於てはそれ程問題にならなかつ
たが、サブミクロンパターンが要求される超LSI
素子等に於ては、その性能や製造歩留まりを低下
せしめる大きな原因となる。
ングに於てはエツチングが高温のプラズマ内でな
されるために、エツチング・ガスのイオンやラジ
カルの熱運動により生ずる0.2〜0.3〔μm〕程度
のサイド・エツチング、及び上記のような高電圧
で加速されたエツチング・ガス・イオンの衝撃に
よつて被処理基板面に生ずる0.5〔μm〕程度の深
さのダメージ等は避けられないという問題があ
る。そしてこれらの問題は通常の半導体集積回路
素子(IC)等に於てはそれ程問題にならなかつ
たが、サブミクロンパターンが要求される超LSI
素子等に於ては、その性能や製造歩留まりを低下
せしめる大きな原因となる。
又サイド・エツチングを極度に減少させる方法
として、プラズマ中から電荷を持つているイオン
のみを磁場等を用いて分離抽出し、このイオンに
磁場等で方向性を与えて被処理基板に衝突させエ
ツチングを行うイオン・シヤワー法もあるが、こ
の方法に於てはプラズマにより励起されたエツチ
ング・ガス中のイオンのみによつてエツチングが
なされるのでエツチング速度が遅くなるという問
題、更に又リアクテイブ・イオン・エツチング法
よりも1桁程度エツチング室内のガス圧が低下す
るためイオンの易動距離が増し、被エツチング面
の受けるダメージが大きくなるという問題があつ
た。
として、プラズマ中から電荷を持つているイオン
のみを磁場等を用いて分離抽出し、このイオンに
磁場等で方向性を与えて被処理基板に衝突させエ
ツチングを行うイオン・シヤワー法もあるが、こ
の方法に於てはプラズマにより励起されたエツチ
ング・ガス中のイオンのみによつてエツチングが
なされるのでエツチング速度が遅くなるという問
題、更に又リアクテイブ・イオン・エツチング法
よりも1桁程度エツチング室内のガス圧が低下す
るためイオンの易動距離が増し、被エツチング面
の受けるダメージが大きくなるという問題があつ
た。
(d) 発明の目的
本発明の目的は上記問題点に鑑み、サイド・エ
ツチング量及び被エツチング面に与えるダメージ
の量が極めて少なく、且つエツチング速度もリア
クテイブ・イオン・エツチングに劣らないプラズ
マ・エツチング方法及びその装置を提供すること
にある。
ツチング量及び被エツチング面に与えるダメージ
の量が極めて少なく、且つエツチング速度もリア
クテイブ・イオン・エツチングに劣らないプラズ
マ・エツチング方法及びその装置を提供すること
にある。
(e) 発明の構成
即ち本発明は、プラズマ発生室においてエツチ
ング・ガス中にマイクロ波を印加することでプラ
ズマを発生して前記エツチング・ガス中にイオン
やラジカルを生成し、該イオンやラジカルを生成
したエツチング・ガスをジユール・トムソン効果
によつて冷却してエツチング室に供給し、該冷却
されたエツチング・ガス中に含まれる該イオンや
ラジカルを、該エツチング室内の被エツチング面
近傍に設けた電場もしくは磁場によつて被エツチ
ング面に対し垂直に投射せしめて、該被エツチン
グ面のエツチングを行うことを特徴とするプラズ
マ・エツチング方法、および、 エツチング・ガス中にマイクロ波を印加してプ
ラズマを発生せしめる手段と、前記マイクロ波に
より励起させてイオンやラジカルを生成したエツ
チング・ガスをジユール・トムソン効果により冷
却する手段と、前記冷却されたエツチング・ガス
中に含まれるイオンやラジカルに被エツチング面
に垂直に向かう力を与える電場もしくは磁場形成
手段とを有してなることを特徴とするプラズマ・
エツチング装置に関するものである。
ング・ガス中にマイクロ波を印加することでプラ
ズマを発生して前記エツチング・ガス中にイオン
やラジカルを生成し、該イオンやラジカルを生成
したエツチング・ガスをジユール・トムソン効果
によつて冷却してエツチング室に供給し、該冷却
されたエツチング・ガス中に含まれる該イオンや
ラジカルを、該エツチング室内の被エツチング面
近傍に設けた電場もしくは磁場によつて被エツチ
ング面に対し垂直に投射せしめて、該被エツチン
グ面のエツチングを行うことを特徴とするプラズ
マ・エツチング方法、および、 エツチング・ガス中にマイクロ波を印加してプ
ラズマを発生せしめる手段と、前記マイクロ波に
より励起させてイオンやラジカルを生成したエツ
チング・ガスをジユール・トムソン効果により冷
却する手段と、前記冷却されたエツチング・ガス
中に含まれるイオンやラジカルに被エツチング面
に垂直に向かう力を与える電場もしくは磁場形成
手段とを有してなることを特徴とするプラズマ・
エツチング装置に関するものである。
(f) 発明の実施例
以下本発明を実施例について、第2図に示す装
置の一実施例に於ける断面模式図を用いて詳細に
説明する。
置の一実施例に於ける断面模式図を用いて詳細に
説明する。
本発明のプラズマ・エツチング装置は例えば第
2図に示すように、エツチング・ガス流入口11
及び真空排気口12を有し、上部に石英ガラス等
が気密に固着されてなるマイクロ(μ)波透過窓
13を有する真空容器14からなつている。そし
て該真空容器14の内部はプラズマ発生室15と
エツチング室16に分離されており、これらの室
を分離する障壁17にはシヤツタ18を有する所
望の直径のガス噴出孔19が設けられている。又
プラズマ発生室15のμ波透過窓13上に導波管
20の開口部が取りつけられている。又エツチン
グ室16内には絶縁ブツシユ21を介して支柱部
が外部に導出されたターゲツト電極22が配設さ
れており、更に該ターゲツト電極22の上部近傍
域領域にグリツド23が配設されている。(図中
24は保温材を示す) 本発明のプラズマ・エツチング装置を用いて例
えばシリコン(Si)基板の選択エツチングを行う
に際しては、フオト・レジスト等によりマスク膜
を形成した被処理Si基板25をターゲツト電極2
2上に載置し、プラズマ発生室15及びエツチン
グ室16内を10-6〔Torr)程度に排気した後、
プラズマ発生室15とエツチング室16間のシヤ
ツタ18を閉じ、プラズマ発生室15内にエツチ
ング・ガスとして例えば20〔c.c./分〕程度の流量
で四弗化炭素(CF4)ガスを流入し、前記シヤツ
タ18を間欠的に開いて、所望量のCF4ガスをエ
ツチング室16内にパルス的に噴出させてプラズ
マ発生室15内の圧力を1〜数〔Torr〕に保つ
た状態で、該CF4ガスに導波管20を介して数
〔GHz〕・1〔KW〕程度のμ波を照射し、該プラ
ズマ発生室15内に高密度プラズマ(P)を発生
させてCF4ガスを励起する。なおこの際エツチン
グ室16内の圧力は前記プラズマ発生室15から
ガス噴出孔19を介して噴出される励磁された
CF4ガスと真空排気とのバランスにより10-2〜
10-3〔Torr〕程度の圧力に調整される。そしてグ
リツト23を接地(G)し、グリツド23に対して数
〔V〕程度の直流負バイアス(E)をターゲツト電極
22に印加した状態でエツチングがなされる。
2図に示すように、エツチング・ガス流入口11
及び真空排気口12を有し、上部に石英ガラス等
が気密に固着されてなるマイクロ(μ)波透過窓
13を有する真空容器14からなつている。そし
て該真空容器14の内部はプラズマ発生室15と
エツチング室16に分離されており、これらの室
を分離する障壁17にはシヤツタ18を有する所
望の直径のガス噴出孔19が設けられている。又
プラズマ発生室15のμ波透過窓13上に導波管
20の開口部が取りつけられている。又エツチン
グ室16内には絶縁ブツシユ21を介して支柱部
が外部に導出されたターゲツト電極22が配設さ
れており、更に該ターゲツト電極22の上部近傍
域領域にグリツド23が配設されている。(図中
24は保温材を示す) 本発明のプラズマ・エツチング装置を用いて例
えばシリコン(Si)基板の選択エツチングを行う
に際しては、フオト・レジスト等によりマスク膜
を形成した被処理Si基板25をターゲツト電極2
2上に載置し、プラズマ発生室15及びエツチン
グ室16内を10-6〔Torr)程度に排気した後、
プラズマ発生室15とエツチング室16間のシヤ
ツタ18を閉じ、プラズマ発生室15内にエツチ
ング・ガスとして例えば20〔c.c./分〕程度の流量
で四弗化炭素(CF4)ガスを流入し、前記シヤツ
タ18を間欠的に開いて、所望量のCF4ガスをエ
ツチング室16内にパルス的に噴出させてプラズ
マ発生室15内の圧力を1〜数〔Torr〕に保つ
た状態で、該CF4ガスに導波管20を介して数
〔GHz〕・1〔KW〕程度のμ波を照射し、該プラ
ズマ発生室15内に高密度プラズマ(P)を発生
させてCF4ガスを励起する。なおこの際エツチン
グ室16内の圧力は前記プラズマ発生室15から
ガス噴出孔19を介して噴出される励磁された
CF4ガスと真空排気とのバランスにより10-2〜
10-3〔Torr〕程度の圧力に調整される。そしてグ
リツト23を接地(G)し、グリツド23に対して数
〔V〕程度の直流負バイアス(E)をターゲツト電極
22に印加した状態でエツチングがなされる。
上記エツチング処理状態に於て、プラズマ発生
室15内のCF4ガスには高密度プラズマによつて
励起されエツチングに寄与するイオン(CF3 +等)
及びラジカル(CF*等)が高密度に形成される。
そしてこのイオン及びラジカルを高密度に含んだ
CF4ガスはガス噴出孔19を介して数100分の1
乃数1000分の1程度の低い圧力を有するエツチン
グ室16内に間欠的に噴出され断熱膨脹し、ジユ
ール・トムソン効果により極低温に冷却される。
なお上記冷却はエツチング・ガスの液化温度近く
までなされるのが望ましく、上記CF4ガスの場合
は−120〔℃〕程度が適切である。そしてエツチン
グ室16内には上記極低温に冷却されたCF4ガス
が10-2〜10-3程度の圧力で満たされる。このよう
な極低温のCF4ガス中に於てはエツチングに寄与
するイオン(CF+等)及びラジカル(CF4 *等)
の熱運動は殆んど停止している。従つて上記イオ
ン(CF+等)は、被処理Si基板25上部にグリツド
23を介して形成されている基板14面に対して
垂直な弱い静電界によつて、又上記ラジカル
(CF*等)は重力によつてその運動方向が被処理
Si基板面に垂直に向う方向に整えられ、弱い電
界、重力等によつて与えられた緩やかな速度で被
処理Si基板面と衝突して基板面に対して垂直な方
向に優勢なエツチングがなされる。
室15内のCF4ガスには高密度プラズマによつて
励起されエツチングに寄与するイオン(CF3 +等)
及びラジカル(CF*等)が高密度に形成される。
そしてこのイオン及びラジカルを高密度に含んだ
CF4ガスはガス噴出孔19を介して数100分の1
乃数1000分の1程度の低い圧力を有するエツチン
グ室16内に間欠的に噴出され断熱膨脹し、ジユ
ール・トムソン効果により極低温に冷却される。
なお上記冷却はエツチング・ガスの液化温度近く
までなされるのが望ましく、上記CF4ガスの場合
は−120〔℃〕程度が適切である。そしてエツチン
グ室16内には上記極低温に冷却されたCF4ガス
が10-2〜10-3程度の圧力で満たされる。このよう
な極低温のCF4ガス中に於てはエツチングに寄与
するイオン(CF+等)及びラジカル(CF4 *等)
の熱運動は殆んど停止している。従つて上記イオ
ン(CF+等)は、被処理Si基板25上部にグリツド
23を介して形成されている基板14面に対して
垂直な弱い静電界によつて、又上記ラジカル
(CF*等)は重力によつてその運動方向が被処理
Si基板面に垂直に向う方向に整えられ、弱い電
界、重力等によつて与えられた緩やかな速度で被
処理Si基板面と衝突して基板面に対して垂直な方
向に優勢なエツチングがなされる。
なお上記実施例によつて、燐がドープされた多
結晶シリコン層のエツチングを行つた場合、エツ
チング室内のエツチングガス圧を1×10-3Torr
程度に調整した時約1000Å/min、1×10-2Torr
程度に調整した時約2000Å/minのエツチング速
度が得られた。このエツチング速度は、リアクテ
イブイオンエツチングにおけるエツチング速度と
ほぼ同等で、十分に実用に耐える値である。
結晶シリコン層のエツチングを行つた場合、エツ
チング室内のエツチングガス圧を1×10-3Torr
程度に調整した時約1000Å/min、1×10-2Torr
程度に調整した時約2000Å/minのエツチング速
度が得られた。このエツチング速度は、リアクテ
イブイオンエツチングにおけるエツチング速度と
ほぼ同等で、十分に実用に耐える値である。
また、上記電界の代わりに磁界によつてイオン
の運動に方向性を付与しても良い。たとえば、真
空容器14の外周にコイルを巻き、磁界が被処理
Si基板面に向かうように電流を流せば、イオンが
磁界に沿つて方向性を有する様になる。
の運動に方向性を付与しても良い。たとえば、真
空容器14の外周にコイルを巻き、磁界が被処理
Si基板面に向かうように電流を流せば、イオンが
磁界に沿つて方向性を有する様になる。
(g) 発明の効果
上記実施例に示したように、本発明に於ては熱
運動で乱されずに垂直に衝突するエツチング・ガ
スのイオン及びラジカルによつて被処理基板面の
エツチングがなされる。従つてサイド・エツチン
グ量は従来に比べ大幅に減少し、0.1〔μm〕以下
に抑えることができる。又イオン及びラジカルの
被処理基板面に衝突する速度も極めて緩やかにな
るので、被処理基板面に与えられるダメージの深
さは数100〔Å〕以下にすることができる、と同時
にマスク膜の損傷が減るのでマスク膜を薄く形成
することが可能になり、この点でもパターン精度
の向上が図れる。
運動で乱されずに垂直に衝突するエツチング・ガ
スのイオン及びラジカルによつて被処理基板面の
エツチングがなされる。従つてサイド・エツチン
グ量は従来に比べ大幅に減少し、0.1〔μm〕以下
に抑えることができる。又イオン及びラジカルの
被処理基板面に衝突する速度も極めて緩やかにな
るので、被処理基板面に与えられるダメージの深
さは数100〔Å〕以下にすることができる、と同時
にマスク膜の損傷が減るのでマスク膜を薄く形成
することが可能になり、この点でもパターン精度
の向上が図れる。
以上説明したように、本発明によればエツチン
グ精度の向上及びエツチング・ダメージの減少が
図れるので、サブミクロン・パターンの加工が可
能である。
グ精度の向上及びエツチング・ダメージの減少が
図れるので、サブミクロン・パターンの加工が可
能である。
なお本発明に於ては上記のようにラジカルもエ
ツチングに寄与するので、リアクテイブ・イオ
ン・エツチングに対してエツチング速度が劣るこ
とはない。
ツチングに寄与するので、リアクテイブ・イオ
ン・エツチングに対してエツチング速度が劣るこ
とはない。
第1図はリアクテイブ・イオン・エツチング装
置の断面模式図で、第2図は本発明のプラズマ・
エツチング装置に於ける一実施例の断面模式図で
ある。 図に於て、11はエツチング・ガス流入口、1
2は真空排気口、13はマイクロ波透過窓、14
は真空容器、15はプラズマ発生室、16はエツ
チング室、17は障壁、18はシヤツタ、19は
ガス噴出孔、20は導波管、21は絶縁ブツシ
ユ、22はターゲツト電極、23はグリツド、2
4は保温材、25は被処理シリコン基板、Pはプ
ラズマ、Gは接地、Eは負バイアスを示す。
置の断面模式図で、第2図は本発明のプラズマ・
エツチング装置に於ける一実施例の断面模式図で
ある。 図に於て、11はエツチング・ガス流入口、1
2は真空排気口、13はマイクロ波透過窓、14
は真空容器、15はプラズマ発生室、16はエツ
チング室、17は障壁、18はシヤツタ、19は
ガス噴出孔、20は導波管、21は絶縁ブツシ
ユ、22はターゲツト電極、23はグリツド、2
4は保温材、25は被処理シリコン基板、Pはプ
ラズマ、Gは接地、Eは負バイアスを示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 プラズマ発生室においてエツチング・ガス中
にマイクロ波を印加することでプラズマを発生し
て前記エツチング・ガス中にイオンやラジカルを
生成し、 該イオンやラジカルを生成したエツチング・ガ
スをジユール・トムソン効果によつて冷却してエ
ツチング室に供給し、 該冷却されたエツチング・ガス中に含まれる該
イオンやラジカルを、該エツチング室内の被エツ
チング面近傍に設けた電場もしくは磁場によつて
被エツチング面に対し垂直に投射せしめて、該被
エツチング面のエツチングを行うことを特徴とす
るプラズマ・エツチング方法。 2 エツチング・ガスにマイクロ波を印加してプ
ラズマを発生せしめる手段と、 前記マイクロ波により励起されてイオンやラジ
カルを生成したエツチング・ガスをジユール・ト
ムソン効果により冷却する手段と、 前記冷却されたエツチング・ガス中に含まれる
イオンやラジカルに被エツチング面に垂直に向か
う力を与える電場もしくは磁場形成手段とを有し
てなることを特徴とするプラズマ・エツチング装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19890381A JPS58100431A (ja) | 1981-12-10 | 1981-12-10 | プラズマ・エツチング方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19890381A JPS58100431A (ja) | 1981-12-10 | 1981-12-10 | プラズマ・エツチング方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58100431A JPS58100431A (ja) | 1983-06-15 |
| JPH0219968B2 true JPH0219968B2 (ja) | 1990-05-07 |
Family
ID=16398855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19890381A Granted JPS58100431A (ja) | 1981-12-10 | 1981-12-10 | プラズマ・エツチング方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58100431A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63284819A (ja) * | 1987-05-18 | 1988-11-22 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置 |
| JPS6423536A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-26 | Hitachi Ltd | Sputter-etching device |
| JPH05144773A (ja) * | 1991-11-19 | 1993-06-11 | Sumitomo Metal Ind Ltd | プラズマエツチング装置 |
| KR100428813B1 (ko) * | 2001-09-18 | 2004-04-29 | 주성엔지니어링(주) | 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 SiO₂박막 식각방법 |
-
1981
- 1981-12-10 JP JP19890381A patent/JPS58100431A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58100431A (ja) | 1983-06-15 |
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