JPH10242130A - プラズマ処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン酸化膜やシリコン窒化膜のエッチン
グガスである、ＰＦＣ（パーフルオロカーボン）、ＨＦ
Ｃ（ハイドロフルオロカーボン）は環境規制により、今
後使用が制限もしくは入手が困難なことが予想される。 【解決手段】 エッチングの原料ガスとして、フッ素を
構成元素とするガスを導入し、プラズマ処理するその領
域で、固体の状態の炭素１１２にフッ素を含むガスのプ
ラズマを反応させ、ＣＦ₄やＣＦ₂、ＣＦ₃、Ｃ₂Ｆ₄など
の分子状の化学種を生成し、この化学種でエッチングす
る。 【効果】 プロセスウインドウを広く保ちながら、大き
なエッチング速度、高選択性を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理に関す
る方法及びプラズマ処理する装置に関し、特に、気相中
の原料ガスをプラズマ化し、活性化した粒子の物理また
は化学反応により半導体材料の表面を処理する、ドライ
エッチング工程に用いられるプラズマ処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体素子の微細化に伴って、配
線層の多層化と、素子構造の立体化が進行している。そ
れに伴い配線や素子間の電気的絶縁を保つために使用さ
れる絶縁膜の加工は、益々重要になっていくと考えられ
る。この絶縁膜であるシリコン酸化膜のエッチングに
は、従来よりＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₈などのパーフルオロカーボ
ンガス（ＰＦＣ）やＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨＦ₃等のハイドロフ
ルオロカーボンガス（ＨＦＣ）が使用されてきた。これ
は、シリコン酸化膜のＳｉ−Ｏ結合を切り離し、揮発性
の化合物を生成するためには、炭素を含むガスが必須で
あるためである。

【０００３】しかしながら、近年、地球規模での環境問
題がクローズアップされてきているが、上記のＰＦＣ、
ＨＦＣは、赤外線を吸収しやすく、大気中での寿命も３
０００年以上と長いため、地球温暖化への影響が非常に
大きく、今後それらの使用が制限、もしくは入手が困難
になことが予想されてきている。

【０００４】また、ＰＦＣやＨＦＣガスプラズマ中で
は、ＦやＣＦ₁、ＣＦ₂、ＣＦ₃等のフロロカーボンラジ
カルとイオンが存在している。シリコン酸化膜のエッチ
ングは、これらの活性種（ラジカル）がシリコン酸化膜
の反応表面に付着し、そこへ入射するイオンのエネルギ
ーによる疑似高温状態下での化学反応により揮発物が生
成されるというメカニズムで進行する。したがって、良
好なエッチング特性を得るためには、試料に入射する活
性種の制御と試料に入射するイオンのエネルギーと密度
を制御する必要がある。このプラズマ中のイオンの密度
と活性種の制御はこれらのエッチング装置のプラズマ生
成機構によって制御を行っていた。

【０００５】また、反応容器内で活性種を生成する方法
として、例えば特開平７−７４１４７号には、反応容器
内を炭素系材料で構成し、この炭素成分をプラズマ中に
供給してエッチングすることが記載されている。

【０００６】なお、特開平４−３６３０２１号には、反
応容器をセラミックス製として試料への活性種によるエ
ッチング作用の減退を防止すること、及び反応容器の外
周にヒーターを設けてセラミックス製の反応容器に対す
るプラズマによる熱衝撃を軽減することが記載されてい
る。

【０００７】一方、ＰＦＣ、ＨＦＣのガスプラズマを使
用した場合、試料処理の進行に伴ってフロロカーボン系
またはカーボン系のポリマーが反応室内壁への付着す
る。この付着物を除去する方法として特開平５−６２９
３６号に記載されている通り、反応室の外壁に対して絶
縁され、かつ複数に分割された電極を反応室内面に設置
し、プラズマ生成用電極の間に順次高周波電圧を印加し
プラズマクリーニングする方法が知られている。また、
特開平１−２３１３２０号、特開平１−２３１３２１
号、特開平１−２３１３２２号には、反応室の外壁に対
して絶縁された電極に電圧を印加して、プラズマクリー
ニングする方法が記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例のよう
なプラズマクリーニングを施したとしても、クリーニン
グ前には反応室内壁に付着物が存在する。プラズマ中の
フッ素は反応室内壁の付着層と反応するため、プラズマ
中のフッ素密度が次第に減少し、プラズマ中の炭素の比
率が増加する。すなわち、反応室内壁への付着が進行す
るとラジカル組成が変化するため、エッチング特性が変
化するという経時変化が引き起こされ、大きな問題とな
っていた。

【０００９】一方、エッチング装置は、プラズマ生成機
構によって、容量結合型、ＥＣＲ（電子サイクロトロン
共鳴）型、ＩＣＰ（誘導結合）型、表面波励起型等に分
類できる。容量結合型の装置では、下部電極に試料を設
置し２系統の電圧印加機構により上部電極と下部電極に
異なる周波数及び電圧を印加することで、プラズマ生成
制御と試料入射エネルギー制御を試みているが、その構
造上これらを独立に制御することは出来ない。この装置
における活性種制御は、電極に使用している炭素もしく
は、シリコンで行なっていると考えられているが、これ
に関しては制御パラメータがない。従って、上下の２つ
の電源による制御で、イオン密度、試料入射するイオン
のエネルギー制御、活性種の制御の３つの制御を行わな
ければならず、良好なエッチング特性が得られる各種パ
ラメータの範囲（プロセスウィンドウと定義する。）が
狭く、安定なエッチング条件を得ることが困難であると
いう問題があった。ここで、上記のエッチング特性を決
めるパラメータとしては、例えば、プラズマ発生機構で
は、電極板間に投入する高周波の電力やμ波電力、ガス
流量やガス圧力やガス組成がある。また、入射イオンエ
ネルギー制御では、印加電圧の波形や周波数及び電力等
がある。

【００１０】一方、容量結合型以外のプラズマ生成方式
では、プラズマ生成制御と試料に入射するイオンのエネ
ルギー制御との独立制御は可能であったが、活性種を制
御する機構としてはプラズマ生成制御に依存されてお
り、これもプロセスウィンドウが狭いといった問題があ
った。具体的には、ＥＣＲ等高密度プラズマエッチング
装置でＳＡＣ（Ｓｅｌｆ Ａｌｉｇｎ Ｃｏｎｔａｃ
ｔ）のシリコン酸化膜加工をおこなった場合、孔底での
エッチング停止とシリコン窒化膜削れが発生するという
トレードオフが問題となっている。さらに、高密度プラ
ズマを用いて、選択性が高いエッチングを行うと、孔径
が小さくなるほどエッチング速度が低下するマイクロロ
ーディング現象や、逆マイクロローディング現象が発生
しており、問題となっている。また、これらの装置でＴ
ｉＮとＡｌ等積層膜のメタル加工を行った場合、ＴｉＮ
とＡｌ等の異種材料間の境目に局所異常サイドエッチン
グ形状（ノッチング）ができるといった問題も生じてい
る。

【００１１】また、特開平７−７４１４７号の記載の方
法では、適切な活性種の量を制御できず、所望のエッチ
ングをすることは困難である。なお、特開平４−３６３
０２１号記載の方法では、反応容器内で活性種を生成す
ることはできないといった問題がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題は、プラズマが
接触する領域内に、エッチングに必要な量の活性種を生
成させることによって達成される。

【００１３】以下、具体的に示す。試料上のシリコン酸
化膜及びシリコン窒化膜のエッチングにおいては、例え
ばフッ素を含むガスを反応室に導入して、０．３Ｐａ−
２００Ｐａのような低ガス圧力の状態に保持し、μ波や
ＲＦ波の入力電力によってこのガスを放電させ、プラズ
マを生成する。そして、プラズマと接触する領域に設置
した炭素を含む固体に、直流もしくは高周波電圧を印加
して、所望の量の炭素を放出させ、プラズマ中のフッ素
ラジカルをＣＦ、ＣＦ₂、ＣＦ₃、Ｃ₂Ｆ₄などのフロロカ
ーボンラジカルに変換生成し、試料のエッチングを行
う。

【００１４】また、反応室に導入するガスとして、フッ
素を含み炭素を含まないガスを導入して、反応室内でフ
ッ素含有ガスと固体炭素を反応させると、ＰＦＣ、ＨＦ
Ｃを使用せずにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を選
択的にエッチングできる。即ち、炭素を含まないフッ素
ガスによるプラズマを生成し、新たに反応室内に設置し
た固体状の炭素にフッ素原子イオンを反応させるとＣＦ
₄、ＣＦ₂、ＣＦ₃、Ｃ₂Ｆ₄の炭素とフッ素の化合物が生
成できる。これらの化合物である活性種分子は、従来Ｐ
ＦＣガスの解離から直接生成することができ、この生成
された活性種分子によって、シリコン酸化膜のエッチン
グを行うことができた。本発明の特徴は、シリコン酸化
膜及びシリコン窒化膜のエッチングにおいて、ＰＦＣ、
ＨＦＣガスからエッチングに必要な活性種を直接供給す
るのでなくプラズマ処理室において固体との反応によっ
て変換生成することである。この方法により、ＰＦＣ、
ＨＦＣガスが規制され使用禁止になった場合でも、エッ
チングに必要な活性種を生成し、従来の選択性を保ちつ
つエッチングを行うことが可能となった。

【００１５】一方、ＳＡＣ加工時の選択比向上およびプ
ロセスマージンの向上の課題については、シリコン酸化
膜のエッチャントであるＣＦ₂へ単一種化することで達
成することが出来る。これに対して、活性種制御材料を
炭素とし、これをプラズマ境界面に配置することで、プ
ラズマ中のフッ素を１／２に低減し、活性種制御材料に
アルミニウムを用いた場合に比べて、ＣＦ₁、ＣＦ₂、Ｃ
Ｆ₃をそれぞれ５、１０、２倍に増加させることができ
るという現象を発見した。図２にその結果を示す。図２
は活性種制御材料にＡｌ、ＳｉＯ₂、Ｃを使用した場合
のＣＦ₄プラズマ中のフッ素とＣＦ₂を測定した結果であ
る。この結果は、活性種制御材料としてアルミニウムを
使用するとフッ素との反応がないためフッ素密度は大き
いが、炭素にするとフッ素密度はアルミに比べて半減し
ていることを示している。このことは、活性種制御材料
の炭素とプラズマ中のフッ素が反応し、ＣＦ₂が増加す
るといった変換反応がおこることが考えられる。この
時、ＣＦ₁、ＣＦ₂も増加していることが確認された。ま
た、活性種制御材料がＳｉＯ₂では、プラズマ中のフッ
素同様、ＣＦ₁、ＣＦ₂、ＣＦ₃も減少し、ＣＦ₁、Ｃ
Ｆ₂、ＣＦ₃と活性種制御材のＳｉＯ₂とが化学反応して
いることを示している。このように、プラズマ中の活性
種と化学反応をおこし、生成物が揮発するような活性種
制御材料をプラズマ領域に設置することで、プラズマ中
の活性種組成を変化させることが可能となる。また、活
性種材料にシリコン、炭化シリコンを使用しても、Ｓｉ
Ｆ₂等の揮発物を生成する化学反応が起こり、プラズマ
中のフッ素を低減することができた。

【００１６】さらに、活性種制御材料に電圧印加機構を
設置し、試料処理と平行して電圧を印加することで上記
の活性種の単一種化は促進することが確認された。図３
は、ＣＦ₄ガスプラズマ中で、炭素の活性種制御材料に
負の直流電圧を印加した時のＣＦ₁、ＣＦ₂、ＣＦ₃のラ
ジカル密度を測定した結果である。印加電圧が大きくな
るに従い、ＣＦ₃が減少し、ＣＦ₂が増加することが新た
に見出された。この現象は活性種制御材料上でのイオン
アシスト反応に起因する。この効果を利用し、プラズマ
中のフッ素をＣＦ₂変換し、活性種を単一種化したプラ
ズマを使用することで、シリコン酸化膜上では反応生成
物が揮発してエッチングが進行するが、シリコン窒化膜
上では残留物のためエッチングが停止するという選択性
エッチングが可能となり、選択比低下による窒化膜の肩
削れの問題を解決することが出来る。また、従来の炭素
とフッ素のバランスによるエッチング機構に対して、炭
素よりエッチング側面への付着係数の低いＣＦ₂を使用
するため、マイクロローディング、逆マイクロローディ
ング現象を抑えることが可能であることが確認できた。

【００１７】また、エッチング速度の大きく異なる試料
のエッチングを行う場合、活性種制御材料に、被エッチ
ング材料と同じ元素もしくは被エッチング材料と同じ元
素を少なくとも一種類含む化合物を使用し、エッチング
する材料によって活性種制御材料に印加する電圧を時間
的もしくはモニターしながら制御し、活性種制御材料で
ある種のラジカルを消費・放出させることで、異種材料
間に発生するといった局所異常形状を抑えることが出来
た。

【００１８】さらに、メタルエッチングの異種材料間の
局所形状異常の課題は、エッチャントの変動を少なくす
ることで解決する事ができる。即ち、活性種制御材料を
被エッチング材料とし、エッチング時間若しくは、活性
種モニター結果により活性種密度の制御を行うことで解
決することができた。

【００１９】一方、プラズマが接する面への堆積物を除
去することでエッチング特性の経時変化を抑制すること
が可能となった。即ち、活性種制御材料をプラズマを囲
む様に配置し外部から電圧を印加しながら試料を処理す
ることにより、プラズマ接触面に付着する堆積物を自動
的に除去することができた。なお、試料処理中に電圧の
印加を行うことでスループットを向上する効果も得られ
た。ここで、Ｃ₄Ｆ₈１．５ｍＴｏｒｒ、μ波パワー２０
０Ｗとし、Ｃ₄Ｆ₈プラズマに接する面に設置したアルミ
板に任意の電圧を印加した場合の、堆積層の厚さを段差
計で測定した結果を図５に示す。堆積物はプラズマ密度
に依存するが、適度な電圧をプラズマ境界面に印加する
ことで堆積膜が付着しないためエッチング特性の経時変
化を抑えることが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】

（実施例１）図１は本発明を搭載したエッチング装置を
横から見た構成図で、磁場と電磁波の相互作用を利用し
たプラズマ発生機構の一方法であるＥＣＲプラズマを用
いたものである。反応室１０４は、マイクロ波導入窓１
０３と真空排気装置１０８とガス導入管１０９から成
り、その内部には試料１０６を設置するための試料台１
０７を備えている。プラズマ発生機構は、マイクロ波発
振器１０１と導波管１０２と電磁石１０５から成る。そ
して、試料台１０７には、試料１０６に入射するイオン
を加速するためのＲＦ電源１１０が接続されている。こ
のＲＦ電源１１０からは、数百ｋＨｚから数十ＭＨｚの
周波数をもつラジオ波が発振される。そのラジオ波によ
って加速されたイオンが、試料１０６に入射することで
エッチング反応が促進される。

【００２１】ガスは、ガス導入管１０９より反応室１０
４に導入され、プラズマ１１３が生成される。特に、酸
化膜エッチングを行なう場合は、フロロカーボンガスプ
ラズマが使用されるが、このプラズマ中には、解離によ
って生じるフッ素やＣＦ₁、ＣＦ₂、ＣＦ₃などの活性種
が存在している。ここで、プラズマ中でフッ素が過剰な
場合、例えば、ＳＡＣ加工においては、窒化膜、酸化膜
ともにエッチングされるために、選択性エッチングを行
なうことが困難になる。したがって、ＳＡＣ加工の選択
性エッチングを行なうためには、プラズマ中のフッ素を
低減することが必要条件である。本装置は、新たに活性
種を制御するような材料を含む活性種制御材料１１２を
有する。活性種制御材料１１２は、ヒータ１１６、冷却
管１１７、温度制御回路１２１により温度制御されてい
る。温度は温度モニタ１１４でモニタリングされる。な
お、温度制御については、実施例５で説明する。また、
この装置は、フィードバック回路を設けた発光分光器で
プラズマ状態をモニタリングできるようにされている。

【００２２】そして、活性種制御材料１１２に電圧を印
加することで、上記の変換反応をさらに促進することが
できることが新たに確認された。活性種制御材料１１２
に電圧を印加する手段としては、活性種制御材料１１２
と反応室１０４との間に絶縁体１１１を設置し、ブロッ
キングコンデンサー１１７及び交流電源１１９からなる
電圧印加回路１１５を設けた。ここでブロッキングコン
デンサーはプラズマからの直流電流をブロックする役割
をし、ブロッキングコンデンサーによりＶｄｃが発生し
効果的にイオンの加速が行うことが可能となる。電圧印
加回路１１５は、交流電源１１９、パルス電源、活性種
制御材料の材料が導電体ならば、直流電源でもよい。絶
縁体１１１には、４００℃程度の温度に耐えうるアルミ
ナ、窒化シリコンを使用するのが好ましい。電圧印加し
ない場合は、絶縁体１１１を設置する必要がないことは
いうまでもない。

【００２３】また、活性種制御材料１１２として、石
英、窒化シリコンなどの絶縁物を使用する場合には、図
１８に示すように、活性種制御材料１１２と絶縁体１１
１との間に導電板４０１を挿入し、その導電板４０１に
電圧印加回路１１５を接続したほうが電圧導入効率がよ
い。

【００２４】図３は、ＣＦ₄ガスプラズマ中で、炭素の
活性種制御材料１１２に負の直流電圧を印加した時のＣ
Ｆ₁、ＣＦ₂、ＣＦ₃のラジカル密度を測定した結果であ
る。印加電圧が大きくなるに従い、ＣＦ₃が減少し、Ｃ
Ｆ₂が増加することが新たに見出された。これは、活性
種制御材料にフロロカーボン系の付着層が形成されてい
る状態に、イオンが入射し、そのエネルギーにより局所
的な擬似高温状態が作られ化学反応が促進されるという
イオンアシスト反応がおこることに起因する。

【００２５】一般に、高温状態下での化学反応生成物
は、結合する原子の数が少ない常温では不安定な分子が
生成されやすいことが知られている。例えば、シリコン
基板上に吸着された塩素原子は、基板温度が６００℃で
下地のＳｉと化学反応によりＳｉＣｌ₂を生成するが、
９００℃ではＳｉＣｌを生成することが知られている。
したがって、今回の実験で得られるイオンエネルギー下
では、ＣＦ₂が安定に生成されやすいということが推測
される。すなわち、フロロカーボンガスプラズマ中で活
性種制御材料１１２として炭素を使用し電圧印加による
イオンアシスト反応を利用すれば、プラズマ中のＦやＣ
Ｆ₃をＣＦ₂へと変換することができ、プラズマ中の活性
種を制御することが可能であることを示している。

【００２６】また、使用するプラズマの密度によって、
活性種制御材料に印加できる高周波電圧の周波数の下限
が決まる。エッチングに使用されるプラズマ密度は、１
０¹¹〜１０¹²個／ｃｍ³程度であり、その時の飽和イオ
ン電流密度Ｉ_eは、１０^-2〜１０^-4Ａ／ｃｍ²程度であ
る。一般に、プラズマ中の電極に高周波を印加する場
合、おおよそＩ_e／（ＣＶ）以上の周波数が必要とな
る。この関係式は、定性的には電圧印加機構によって降
下した電極の電圧変化が、それを打ち消すように流入す
るイオンの量の変化より早く変化することが必要である
ということから導かれる。ここで、Ｃは単位面積あたり
の静電容量でおよそ１０^-11ファラッド程度、Ｖは印加
される電圧で、およそ１０²ボルト程度である。したが
って、エッチングに使用される上記のプラズマにおいて
は、印加可能な高周波の周波数は、１００ｋＨｚ以上は
必要である。上限値については、イオンが電圧変化に追
随できて、イオンアシスト反応の効果がある周波数は、
１００ＭＨｚ程度であった。この時、電圧印加回路１１
５として、パルス電源及び直流電源を使用すると、活性
種制御材料に入射するイオンエネルギーの単色化がで
き、変換反応経路の単一化が可能となるため、イオンア
シスト反応による活性種の選択的な生成がより効率良く
行える。使用する活性種制御材料の材料が絶縁体だとパ
ルス電圧でしか上記効果は出せないが、導体だと直流電
圧を印加する方が、装置的コストのから見ても好まし
い。また、この時使用するパルスの周波数は、電圧印加
する系の静電容量によって変化するが、一般的な数十ｎ
Ｆ程度の容量の系だと、１００ｋＨｚ以上は必要であっ
た。

【００２７】本発明は、フロロカーボンガスプラズマだ
けでなく、カーボン系のガスを使用する場合や、有機系
レジストをマスクとして使用する場合においても、活性
種制御材料１１２上の付着物に、イオンアシスト反応を
引き起こしエッチングに有効な活性種に変換、除去する
ことが可能である。

【００２８】（実施例２）ＰＦＣ、ＨＦＣガスを用いず
にシリコン酸化膜エッチングを行う実施例を以下に記
す。図１で示すようなＥＣＲ型のマイクロ波放電プラズ
マの本実施例では、ウエーハに対向する電極は設置され
ない。したがって、ウエハーに対向する電極をカーボン
とすることができないため、原理的にはカーボンを含ま
ないガスによるエッチングは困難である。

【００２９】しかし、活性種制御材料１１２をＳｉＣと
した結果、導入ガスをＡｒとＳＦ₆を含み炭素を含まな
いガスとして、反応室１０４内に流した。このトータル
のガス流量は２０−３００ｓｃｃｍに設定し、ＳＦ₆は
１−１０ｓｃｃｍで変化させた。なお、放電の圧力は
０．１−５Ｐａに設定した。この導入ガスをプラズマ化
してＳｉＣと反応させてエッチングに必要な活性種を生
成させた。

【００３０】ウエーハは、被エッチング膜としてシリコ
ン酸化膜が形成されており、そのエッチングのマスクは
ホトレジストによって行った。このホトレジストはリソ
グラフィによりに微細なパターンを形成したものを使用
した。また酸化膜に下地層としてシリコンの窒化膜とシ
リコン膜を用いた。

【００３１】ＳｉＣ板のエッチング速度が５０ｎｍ／ｍ
ｉｎから６００ｎｍ／ｍｉｎとなる条件では、酸化膜の
エッチング速度が４００ｎｍ／ｍｉｎから２０００ｎｍ
／ｍｉｎまで変化し、レジスト膜のエッチング速度は５
００ｎｍ／ｍｉｎから８０ｎｍ／ｍｉｎまで変化した。
すなわちＳｉＣ壁面電極のエッチング速度によって、レ
ジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大きくで
きる。シリコン膜のエッチング速度もレジストと同様に
変化した。シリコン窒化膜のエッチングを最も選択的に
エッチングするためには、ＳｉＣ壁面電極のエッチング
速度を大きくする必要があった。すなわち、ＳｉＣ２５
０ｎｍ／ｍｉｎのエッチレートで、酸化膜のエッチレー
トが１０００ｎｍ／ｍｉｎ、シリコン窒化膜のエッチレ
ートが７０ｎｍ／ｍｉｎとなり、対シリコン窒化膜の選
択比が１４．２となった。

【００３２】この状態で壁面の電極とウエーハ電極の温
度の効果を−６０℃から２５０℃まで変化させて、その
エッチングに対する効果を調べた。その結果、ウエーハ
電極の温度は、なるべく高く設定する方がシリコン酸化
膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングできる
ことが分かった。特に好ましい温度は０℃以上であっ
た。ＳｉＣ温度２００℃で対シリコン窒化膜の選択比は
５であった。壁面の電極については、温度が低いと物質
の堆積が起きやすいが、上部の電極と同様に、電極表面
のエッチング速度を決定する因子の一つであった。した
がって温度を極力一定に保持する必要がある。加えて、
温度は高い場合ほどエッチングの速度が高く、温度を低
く設定すると活性種の変換反応の効率が低下する。した
がって上記温度範囲で所定のエッチング速度の設定して
使用できた。すなわち本実施例から、炭素を含まないガ
スのプラズマを使用した場合に、プラズマに接触する固
体表面に炭素を含有させこの固体のエッチング反応を生
成せしめ、その固体の温度を特に０℃以上にすることに
よって、シリコン酸化膜を高エッチング速度でエッチン
グできることが明らかにでき、本発明の有効性が確認で
きた。

【００３３】炭素を含有しないガスの一例として、ここ
ではＡｒとＳＦ₆の混合ガスを用いたが、他の不活性ガ
スＮｅ、Ｋｒ、Ｘｅでも良く、フッ素を含むガスでは、
ＳＦ₆は地球温暖化係数が高くまたライフタイムも長
く、好もしいものではないが、極めて少量の消費量です
むという利点がある。ＳＦ₆以外では、Ｆ₂、ＨＦ、Ｘｅ
Ｆ₂、ＰＦ₃、ＢＦ₃、ＮＦ₃、ＳｉＦ₄、ハロゲン化物の
塩化フッ素ＣｌＦ、ＣｌＦ₃、臭化フッ素ＢｒＦ、Ｂｒ
Ｆ₃、ＢｒＦ₅、ヨウ化フッ素ＩＦ₅で効果がある。

【００３４】ＳｉＣのほかには、パイロリティックグラ
ファイト板や有機樹脂膜、ＳｉＣＮ、ダイアモンド板、
Ａｌ₄Ｃ₃、炭化ホウ素等の炭素含有材料であればよいこ
とが分かった。また、これらの炭化物を他の材料表面に
形成した構造でも同様に、エッチングに必要な活性種を
形成することができた。

【００３５】（実施例３）活性種制御材料に被処理材料
と同じ材料を使用する場合の実施例について説明する。
このような材料を使用することにより、特に試料が異種
材料で形成される積層構造物を、同一プラズマ中でエッ
チングする場合に発生する異常形状を改善するのに効果
的である。例えば、図４（ａ）は、塩素プラズマ中でメ
タルの配線加工時に用いられるＳｉＯ₂３０５上に形成
された、レジスト３０１、ＴｉＮ３０４、Ａｌ３０３、
ＴｉＮ３０４の積層構造を、従来のＥＣＲプラズマエッ
チング装置でエッチング処理を行なった場合でのエッチ
ング形状である。このように従来装置では、ＴｉＮ３０
４と境界をなすＡｌ部分（ノッチング部分）３０２が異
常に削れてしまう。

【００３６】この時のプラズマ中の塩素濃度の変化を示
したものが図４（ｂ）である。このグラフは、ノッチン
グ部分の塩素濃度３０７が、ＴｉＮエッチング時の塩素
密度３０６が大きい状態から急激に減少し、その後にＡ
ｌエッチング時の安定な塩素濃度３０８の状態に変化す
ることを示している。このことは、ノッチング部分３０
２でプラズマ中の塩素密度が過剰であるため、異常形状
が発生することを示している。

【００３７】そこで、このエッチングを行う場合に活性
種制御材料１１２としてＡｌを使用すると、ＴｉＮ３０
４エッチング時に壁面のＡｌで塩素を消費させた塩素ラ
ジカル密度３０９（図４（ｂ））の状態にすることが出
来るため、エッチング層がＡｌに変化しても塩素ラジカ
ルの急激な変動を抑えることが出来る。これを図２１に
示す。すなわち、異種材料間で活性種の消費量が異なる
層に移行する場合、過剰の活性種が滞在することが原因
と考えられる。したがって、試料のエッチングにおける
活性種消費が少ない層をエッチングする場合、活性種制
御材料に電圧を印加しエッチャントを活性種制御材料で
消費することで、試料に入射する活性種の量を一定化す
ることが可能となり、エッチャントの変動化を減少させ
ることができた。

【００３８】また、活性種制御材料にマスク材料と同じ
材料を使用することで、エッチングされたマスク材料か
ら発生するプラズマ中の酸素、炭素の量の変化を小さく
することができるため、時間的にも安定な側壁保護膜を
形成でき、アンダーカット部分３１０（図４（ａ））が
ないエッチング形状を得ることができる。

【００３９】本発明は、その他の積層構造にも適用可能
であり、具体的には、レジスト−ポリシリコン積層構
造、ＳｉＯ₂−Ｓｉ₃Ｎ₄構造、Ａｌ−Ｗ−Ａｌ構造、Ｔ
ｉＮ−ＡｌＣｕ−ＴｉＮ−Ｔｉ構造、ＴｉＮ−Ｃｕ−Ｔ
ｉＮ構造、ＳｉＯ₂マスク−Ｐｔ構造、ポリシリコン−
ＳｉＯ₂構造などがあり、その場合には、活性種制御材
料として、ポリシリコン、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、
Ｐｔ、ＳｉＯ₂を使用すればいいことが確認された。ま
た、活性種制御材料として、被試料材料と同じ材料を含
むものを使用すると本発明の効果は確実だが、エッチャ
ントとの反応速度が被処理材料と同様な速度で進行する
ような別の材料を適用しても効果はある。

【００４０】このとき、異種材料間でのエッチャントの
変動率は、エッチング表面と活性種制御材料との面積比
程度である。エッチングを行う場合の処理試料の表面は
マスク部分と被処理材料部分から成るが、活性種制御材
料のプラズマ境界部分の面積を、このうちの小さい部分
の面積よりも大きくすることで、活性種の変化率を抑え
ることが可能であった。

【００４１】（実施例４）活性種制御材料に電圧を印加
する方法及び機構の実施例について説明する。活性種制
御材料に高周波を印加する場合、その面積が、プラズマ
電位を決定している部分の面積と同程度になると、図６
に示すようにプラズマ電位６０２が印加電圧６０１に追
随して変動する現象が起きる。このプラズマ電位６０２
の追随現象が起きると、プラズマ−活性種制御材料間の
シース電圧は６０３のようになり、その直流成分である
自己バイアス電圧６０４が印加されなくなるため試料１
０６や活性種制御材料１１２へのイオン入射エネルギー
の制御が出来くなるため、これを回避する方法が必要で
ある。この方法の方針としては、プラズマ電位を決定し
ている部分の面積に対して、電圧印加する活性種制御材
料の面積を小さくするか、印加する周波数を高くして１
周期で流れ込むイオンの量を少なくするか、ブロッキン
グコンデンサー１１８の容量を大きくするといった方法
が効果的である。本目的のためには、活性種制御材料１
１２を複数の互いに絶縁されたブロックに分割する方法
がよい。この方法で、電圧印加時のプラズマから入射す
るイオン電流の総量が少なくなるため、プラズマ電位の
追随現象を回避するのに効果がある。

【００４２】さらに、効果的な例を図８に示す。図８
は、活性種制御材料を絶縁体１１１により互いに絶縁さ
れた３つのブロック８０２、８０３、８０４に分割し、
リレー回路８０１を組み込んだ電圧印加回路の動作の略
図である。このリレー回路８０１により電圧印加されて
いるブロック部分とプラズマ電位を決定する（この場合
は接地電位）部分との面積比をさらに小さくすることが
できる。この時、小面積の活性種制御材料を複数ならべ
る方法も同様な効果が得られる。

【００４３】３分割された活性種制御材料に図７に示す
ようなタイミングで高周波電圧を印加する場合のリレー
回路８０１の動作を、図８（ａ）の時刻１、図８（ｂ）
の時刻２を用いて説明する。まず、時刻１ではブロック
ａ８０２が高周波電源１１９に接続され、他のブロック
は接地されている。次に時刻２においては、ブロックｂ
８０３が高周波電源１１９に接続され、他のブロックは
接地された状態に移行することが示されている。同様に
時刻３においてはブロックｃ８０４が高周波電源１１９
に接続され、その他は接地された状態に移行する。この
ように複数ブロックに順次電圧を印加し、電圧印加され
ている以外のブロックは接地されるという方法でプラズ
マ電位の変動を効率的に防ぐことができる。なお、ここ
では３つに分割したが、２つ以上であれば同様の効果が
得られる。

【００４４】しかしながら、図８の方法は付着物を除去
するだけの効果を期待する分にはよいが、活性種制御の
観点から考えると、面積が小さくなると制御効率は低下
することが考えられる。そこで、図９（ａ）で示される
ように、高周波電源１１９にかえて複位相高周波電源回
路９０１を接続し、３つのブロックに分割したブロック
ａ８０２、ブロックｂ８０３、ブロックｃ８０４にそれ
ぞれ位相の異なる高周波を同時に印加（ブロックａ８０
２には初期位相０度の正弦波９０２、ブロックｂ８０３
には初期位相１２０度の正弦波９０３、ブロックｃ８０
４には初期位相２４０度の正弦波９０４）することで、
図９（ｂ）に示すようなプラズマ電位６０２の時間的平
坦化を行うことができる。また、同時に複数枚のブロッ
クに電圧を印加できるため、活性種制御効率は図８の方
法より向上し、付着物除去の効率の向上にもつながる。
また、この方法を実施するためには互いに位相の異なる
複数の高周波電源を用いてもよい。このような活性種制
御材料への入射イオンのエネルギー制御を行うために
は、分割したブロックに異なる周波数を印加しても同様
の効果が得られることは言うまでもない。

【００４５】（実施例５）活性種制御材料に温度制御機
構を設置する場合の実施例について図１を用いて説明す
る。本発明での活性種制御には、化学反応進行下の温度
による安定生成物の違いを利用する方法と活性種制御材
料のマクロ的な温度を制御する方法があり、両者とも効
果がある。装置稼働中に活性種制御材料１１２の温度
を、プラズマからの加熱によらず一定に保つことで、活
性種制御材料１１２からの酸素、水、水素等の脱離物や
化学反応生成効率を常時一定にすることができる。活性
種制御材料の温度を一定に保つ手段の実施例には、加熱
手段としてはヒータ１１６、冷却手段としては冷却管１
１７、温度検知手段としては温度モニター１１４から構
成され、温度モニター１１４の測定結果をもとにヒータ
１１６や冷却管１１７の温度を調節する温度制御回路１
２１から構成される。この場合、加熱手段には、赤外線
ランプ等の手段、冷却手段には液体窒素や水、油を用い
てもよい。

【００４６】（実施例６）プラズマ中の活性種の量や、
活性種制御材料１１２への堆積量を検知し、プラズマ状
態や試料処理状態に応じて、活性種制御材料に印加する
電圧及び周波数を制御する機構についての実施例につい
て説明する。図中１１１は絶縁体、１１４は反応室を示
す。まず、活性種制御材料の付着量や、スパッタ量を検
知する手段を備えた実施例を図１０に示す。スパッタ量
検知手段としては、水晶振動子膜厚計プローブ１００１
の一部に、活性種制御材料を構成する物質１００３を蒸
着させ、その一部をブロッキングコンデンサー１１８を
介して高周波電源１１９に接続し、活性種制御材料１１
２と同じ電圧を印加できる構造にする。そして、装置稼
働中に付着、もしくは削り取られる量を水晶の振動数の
変化によりとらえ、フィードバック回路１００２で振動
数の変化に応じた量を電圧印加回路１１５に帰還させる
ことで活性種制御材料１１２に印加する電圧、及び周波
数を制御し適度な削れ量になるように調整することによ
り、活性種制御材料１１２の寿命をのばすことができ、
刻々と変化していくプラズマの条件にも対応できる。

【００４７】また、プラズマ中の活性種の量の変化を検
知する手段として、図１の発光分光１２０を設置し、こ
の検知結果の増減を基に活性種制御材料への印加電圧を
制御する電気回路を設けることにより、プラズマ中の活
性種をリアルタイムで常時一定の状態に保つことができ
る。

【００４８】また、図１７に、試料処理時間により印加
する高周波の電圧及び周波数の制御機構を示す。時間制
御を行うために時間制御用コンピューター１７０１に加
え、制御用プログラムを用意し、そのプログラミングさ
れたタイムシーケンスに基づいて、活性種制御材料１１
２に印加する電圧や、周波数を時間的に変化させる。制
御用コンピューター１７０１からの電圧値、周波数に対
応するデジタル信号は、Ｄ／Ａコンバータ１７０２によ
りそれらのアナログ電圧に変換され、電圧印加回路１１
５に入力され、活性種制御材料１１２に印加する電圧、
及び周波数を変化させる。この方法は、反応室に付加す
る機構が少なく、反応室外部で、任意の時間制御を行う
ことができる。すなわち、試料処理に伴うエッチング速
度や被処理材料の膜厚が既知ならば、それに応じた処理
時間に伴う電圧値、周波数値をプログラムにより自由に
設定することができ、かつ比較的低コストで実現できる
という利点がある。以上のような実施例を実現するため
には、外部からの入力電圧等によって活性種制御材料１
１２への印加する電圧値や周波数を変化させることがで
きる機能を電圧印加機構１１５が備えていることが必要
である。

【００４９】（実施例７）活性種制御材料に印加する直
流成分（自己バイアス電圧）の電圧を、−２０Ｖ以下と
することの実施例を説明する。まず、正の電荷を持つイ
オンを加速するためには、少なくとも負のバイアス、す
なわち、０Ｖ以下の電圧を印加する必要がある。この
時、イオンアシスト反応による化学反応領域は、入射す
るイオンのレンジにほぼ比例していると推測される。例
えば、１０００ｅＶ以下のエネルギーＥ（ｅＶ）を持つ
ＡｒイオンのレンジＲ（ナ）は、 Ｒ＝０．０８×Ｅ の関係があることが知られている。このとき、反応領域
内に、反応に参加する分子が少なくとも一つは存在する
ことが必要である。想定される活性種機構の材料のなか
で、原子間距離が小さい石英のＳｉ−Ｏ結合が１．６２
ナであるから、活性種変換を行なう場合には、イオンエ
ネルギーは少なくとも２０ｅＶは必要である。したがっ
て、活性種制御材料へ印加する電圧を−２０Ｖ以下とす
ることで、活性種制御を効率よく進行させることができ
る。

【００５０】（実施例８）活性種制御材料に印加する直
流成分（自己バイアス電圧）の電圧を−５０Ｖ以上とす
ることの実施例を説明する。図５は、ＥＣＲプラズマ装
置を用いて、Ｃ₄Ｆ₈ガスプラズマ中にＡｌ試料を設置
し、８００ｋＨｚの交流電圧を印加した場合のＡｌ表面
の付着物の厚さを段差計により測定した結果である。こ
の結果より、１．５ｍＴｏｒｒでμ波電力２００Ｗの条
件だと、シース電圧の直流成分である自己バイアス電圧
が−４５Ｖで堆積物が付着せず、かつ下地のＡｌもエッ
チングされないような表面が得られることがわかる。こ
の測定は、測定に用いたＡｌ試料の表面粗さの誤差を考
慮すると印加電圧を−５０Ｖ以上とすることで活性種制
御材料がエッチングされないような条件が存在すること
が考えられる。また、このような電圧は、付着した活性
種固有のスパッタしきい値電圧と、プラズマ中から活性
種制御材料に入射する活性種の量とプラズマの密度によ
って変化するため、上記のスパッタ量検知手段を用いて
調整することも考えられる。

【００５１】したがって、印加電圧が０Ｖから−５０Ｖ
の間に、カーボン系の付着物だけをスパッタできる電圧
が存在し、この電圧で、試料処理中に印加することで、
活性種制御の効果と同時に、プラズマ境界面への堆積物
を除去することができるため、酸素クリーニングの短縮
化、省略でき、トータルスループットの向上へとつなが
る。この時、試料処理時間と活性種制御材料への電圧印
加時間を異なるタイミングで行なうことも考えられる。
また、上記の装置でクリーニングガス（酸素、アルゴン
等）を導入することで、上記同じ手法でプラズマ境界面
のクリーニングも可能である。

【００５２】（実施例９）磁場を使用したＵＨＦ波プラ
ズマエッチング装置でのシリコン酸化膜エッチングを例
にして、本発明によるガスの有効な使用方法を図１１を
利用して説明する。本実施例では、炭素を含有しないガ
スとしてＣｌＦ₃を使用する。不活性ガスとしてＮｅ、
Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅを混合した。フッ素を含むガスでは、
ＳＦ₆、ＮＦ₃は地球温暖化係数が高くまたライフタイム
も長く、好もしいものではないが、極めて少量の消費量
ですむという利点があるが、ＣｌＦ₃も同様の効果があ
った。

【００５３】本実施例では、ＵＨＦ波放射アンテナ７１
をウエーハに対向する形態となっており、その材質はパ
イロリティックグラファイト板を使用した。上記パイロ
リティックグラファイト板は、ＳｉＣのほかに有機樹脂
膜、ＳｉＣＮ、ダイアモンド板、Ａｌ₄Ｃ₃、炭化ホウ素
等の炭素含有材料であればよいことが分かった。またこ
れらの炭化物を表面に形成した構造でも効果があった。
ＵＨＦ波放射アンテナ７１に外部にｌｏｗ−ｐａｔｈ
ｆｉｌｔｅｒ を設置しＲＦ電源を設置すると、対向電
極構造となり生成粒子が効率よく試料に入射し、活性種
制御の効果を増加することが出来た。

【００５４】トータルのガス流量は５０−５００ｓｃｃ
ｍに設定し、ＳＦ６は１−１０ｓｃｃｍで変化させた。
放電の圧力は０．５−５Ｐａに設定した。ＵＨＦ波は、
プラズマ放電用ＵＨＦ波電源７４から同軸ケーブル７９
を伝わって、放射アンテナ７１より投入され、プラズマ
を生成させる。下部のウエーハ電極１０７にはプラズマ
中のイオンを加速するｒｆ電力１１０を投入した。上部
と下部の電極の間隔は１０−２００ｍｍに設定し、活性
種制御材料１１２であるパイロリティックグラファイト
板に、ｒｆ電力１１９を印加できる機構を設けた。な
お、図中の符号７８はマグネットである。壁面の材料に
は、炭素を含有する物質として表面処理したＳｉＣを用
いた。このＳｉＣに電力を投入すると該プラズマでこの
ＳｉＣがエッチングされる。

【００５５】ウエーハは、同様に被エッチング膜として
シリコン酸化膜が形成されており、そのエッチングのマ
スクはホトレジストによって行った。リソグラフィによ
りこのホトレジストに微細なパターンを形成したものを
使用した。また酸化膜に下地層としてシリコン窒化膜と
シリコン膜を用いた。

【００５６】上部電極のパイロリティックグラファイト
板のエッチング速度が５０ｎｍ／ｍｉｎから６００ｎｍ
／ｍｉｎとなる条件で酸化膜をエッチングすると、酸化
膜のエッチング速度が４００ｎｍ／ｍｉｎから１４００
ｎｍ／ｍｉｎまで変化し、レジスト膜のエッチング速度
は６００ｎｍ／ｍｉｎから６０ｎｍ／ｍｉｎまで変化し
た。すなわちＳｉＣ壁面電極のエッチング速度によっ
て、レジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大
きくできる。シリコン膜のエッチング速度もレジストと
同様に変化した。シリコン窒化膜のエッチングを最も選
択的にエッチングするためには、ＳｉＣ壁面電極のエッ
チング速度を大きくする必要があった。

【００５７】この状態で上下の電極と壁面の電極の温度
の効果を各温度を−６０℃から２５０℃まで変化させて
そのエッチングに対する効果を調べた。その結果、ウエ
ーハ電極の温度は、なるべく高く設定する方がシリコン
酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングで
きることが分かった。特に好ましい温度は０℃以上であ
った。上部電極の温度は、その電極表面のエッチング速
度を決定する因子の一つであった。したがって温度を極
力一定に保持する必要がある。加えて、温度は高い場合
ほどエッチングの速度が高く、温度を低く設定すると上
部電極による活性種の変換反応の効率が低下する。した
がって上記温度範囲で所定のエッチング速度の設定して
使用できる。壁面の電極については、温度が低いと物質
の堆積が起きやすいが、上部の電極と同様に、電極表面
のエッチング速度を決定する因子の一つであった。した
がって温度を極力一定に保持する必要がある。加えて、
温度は高い場合ほどエッチングの速度が高く、温度を低
く設定すると上部電極による活性種の変換反応の効率が
低下する。したがって上記温度範囲で所定のエッチング
速度の設定して使用できた。すなわち本実施例から、炭
素を含まないガスとしてＣｌＦ₃を使用した場合に、プ
ラズマに接触する固体表面に炭素を含有させこの固体の
エッチング反応を生成せしめ、その固体の温度を−６０
℃から２５０℃までに制御することによって、シリコン
酸化膜を高エッチング速度でエッチングできることが明
らかにでき、本発明の有効性が確認できた。

【００５８】（実施例１０）図１４はプラズマ発生装置
として表面波励起型プラズマを用いた本発明の実施例で
ある。導波管１４０２からの電磁波が誘電体１４０１を
介してプラズマエネルギーを与えてプラズマを発生させ
る。その他の機構と効果は、プラズマ生成機構としてＥ
ＣＲ型を用いた場合と同様である。

【００５９】（実施例１１）活性種制御材料の材料とし
て炭素を使用し、本発明を適用してＳＡＣ加工を行なっ
た場合の実施例を説明する。図１６（ａ）はＳＡＣ加工
を行う前の試料の構造である。シリコン基板１５０５上
にポリシリコンからなるゲート電極１５０４が形成され
ている。ＳＡＣ加工は窒化膜１５０３をストッパー層と
して用いて、酸化膜１５０２をエッチングし、コンタク
トホールを形成する酸化膜加工であり、２５６Ｍ以降の
ＤＲＡＭのコンタクトホール形成時に有望な方法であ
る。なお、１５０１はレジストである。活性種制御の概
念がない、またはその機構が独立制御が可能でなかった
従来の方法、例えば，有磁場マイクロ波の高密度プラズ
マエッチング装置を用いて、Ｃ₄Ｆ₈５ｍＴｏｒｒ、マイ
クロ波電力１１００Ｗの条件でエッチングを行うと、図
１６（ｂ）に示すように、窒化膜の肩部分が削れ１５０
６が発生しまいポリシリコンゲート１５０４の絶縁を保
てなくなる不良と図１６（ｃ）で示すようなコンタクト
ホールの孔底でエッチング停止１５０７がおこるといっ
たトレードオフが発生し、良好な選択エッチングのプロ
セスウィンドウが狭かった。

【００６０】本発明を適用することにより、酸化膜のエ
ッチング反応に重要な堆積膜組成を選択エッチングに適
したものにすることができる。すなわち、プラズマ中の
酸化膜、窒化膜ともにエッチングしてしまうふっ素を低
減し、選択エッチングに適したＣＦ₂に変換できるた
め、窒化膜上では堆積物が残留して肩削れを抑え、酸化
膜上ではエッチングが進行するような良好な表面反応を
促進することが出来る。したがって、本方法を用いてＳ
ＡＣ加工を行なった場合、図１６（ｄ）のような良好な
エッチング形状を得ることができる。

【００６１】（実施例１２）平行平板型エッチング装置
で、化合物内に炭素を含まないガスを導入してシリコン
酸化膜をエッチングする実施例について、図２０を用い
て説明する。本実施例では、ウエーハ１０６に対向する
電極１２０２はパイロリティックグラファイト板を使用
した。炭素を含有しないガスの一例として、放電ガス
は、ＡｒとＳＦ₆の混合ガスを用いた。この混合ガス
は、上記パイロリティックグラファイト板のガス導入孔
を通して上部から供給した。トータルのガス流量は１０
０〜５００ｓｃｃｍに設定し、ＳＦ₆は１〜１０ｓｃｃ
ｍで変化させた。放電の圧力は１〜５Ｐａに設定した。
上部の電極には、ｒｆ電力１２０１を投入し、プラズマ
を発生させる。下部電極１０７にはプラズマ中のイオン
を加速するｒｆ電力１１０を投入した。また上部と下部
の電極の間隔は５から５０ｍｍまで変化させた。

【００６２】ウエーハは、レジスト、シリコン酸化膜、
シリコン膜、シリコン窒化膜が形成されたものを用い
た。ここでは、ホトレジストをマスクとして、シリコン
酸化膜をエッチングした。

【００６３】上部電極のパイロリティックグラファイト
板のエッチング速度を１００ｎｍ／ｍｉｎから１０００
ｎｍ／ｍｉｎまで変化させると、これに伴って酸化膜の
エッチング速度が５００ｎｍ／ｍｉｎから２０００ｎｍ
／ｍｉｎまで変化し、レジスト膜のエッチング速度は８
００ｎｍ／ｍｉｎから９０ｎｍ／ｍｉｎまで変化した。
パイロリティックグラファイト板のエッチング速度によ
ってレジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大
きく保つことが可能であった。シリコン膜のエッチング
速度もレジストと同様に変化した。従って、シリコン酸
化膜のエッチングを最も選択的にエッチングするために
は、パイロリティックグラファイト板のエッチング速度
を１００ｎｍ／ｍｉｎ以上大きくする必要があることが
分かった。すなわち本実施例から、炭素を含まないガス
によりシリコン酸化膜を高エッチング速度でエッチング
でき、本発明の有効性が確認できた。

【００６４】（実施例１３）本実施例では、実施例１２
のような平行平板型のプラズマ処理装置に、プラズマ処
理室の壁面近傍に第３の電極１１２を設置した装置を用
いてエッチングする例を、図１２を用いて説明する。第
３の電極として、表面処理したＳｉＣ１１２を用い、こ
のＳｉＣに電力１１９を投入するとそのプラズマでこの
ＳｉＣがエッチングされる。また、ＳｉＣ１１２はヒー
ター１１６及び冷却管１１７によって温度調節されてい
る。それ以外は実施例１２と同様である。

【００６５】上部電極１２０２のパイロリティックグラ
ファイト板のエッチング速度が１００ｎｍ／ｍｉｎから
４００ｎｍ／ｍｉｎとなる条件で、ＳｉＣ１１２に電力
１１９を投入し、このＳｉＣ壁面電極のエッチング速度
によるウエーハ上のレジスト、シリコン酸化膜、シリコ
ン膜、シリコン窒化膜のエッチング速度の変化を測定し
た。その結果、ＳｉＣ電極のエッチング速度が大きくな
るにしたがって、酸化膜のエッチング速度が５００ｎｍ
／ｍｉｎから１５００ｎｍ／ｍｉｎまで変化し、レジス
ト膜のエッチング速度は３００ｎｍ／ｍｉｎから６０ｎ
ｍ／ｍｉｎまで変化した。すなわちＳｉＣ壁面電極のエ
ッチング速度によって、レジストのエッチング速度が調
節でき、選択比を大きく保つことが可能であった。シリ
コン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。
シリコン窒化膜のエッチングを最も選択的にエッチング
するためには、ＳｉＣ壁面電極のエッチング速度を大き
くする必要があることが分かった。すなわち本実施例か
ら、炭素を含まないガスのプラズマを使用した場合に、
プラズマに接触する固体表面に炭素を含有させこの固体
のエッチング反応を生成せしめることによって、シリコ
ン酸化膜を高エッチング速度でエッチングできることが
明らかにでき、本発明の有効性が確認できた。

【００６６】プラズマ処理室の壁面への電力の印加につ
いては、いくつかの有効な手段があった。そのひとつ
は、壁面をいくつかに分割して、異なるバイアス電力に
より動作させる方法であった。また、第二にはウエーハ
のバイアス電力電源をウエーハと壁面に電力の位相等を
変えて共有しても、効果があった。

【００６７】上下の電極間隔が３０ｍｍ以下の極めて狭
い状況においても壁面のバイアス印加方法は効果があっ
た。

【００６８】その壁面電極のエッチング速度を高精度に
制御するには、壁面のバイアス電力の波形と周波数につ
いても制御する必要があり、イオンエネルギ分布を小さ
く均一にエッチングできるように設定できる。

【００６９】（実施例１４）磁場を使用した平行平板型
エッチング装置でのシリコン酸化膜エッチングについて
図１９により説明する。本実施例では、ウエーハ１０６
に対向する電極１２０２はパイロリティックグラファイ
ト板を使用した。放電ガスは、ＡｒとＳＦ₆の混合ガス
を用いた。この混合ガスは、上記パイロリティックグラ
ファイト板のガス導入孔を通して上部から供給した。ト
ータルのガス流量は２０〜５００ｓｃｃｍに設定し、Ｓ
Ｆ₆は１〜１０ｓｃｃｍで変化させた。放電の圧力は
０．１〜５Ｐａに設定した。上部と下部の電極の間隔は
１０〜２００ｍｍに設定した。壁面近傍に、表面処理し
たＳｉＣ１１２を用いた。このＳｉＣに電力を投入する
と上記プラズマでこのＳｉＣがエッチングされる。それ
以外は実施例１２と同様である。

【００７０】上部電極のパイロリティックグラファイト
板のエッチング速度が５０ｎｍ／ｍｉｎから６００ｎｍ
／ｍｉｎとなる条件で、ＳｉＣに電力を投入し、このＳ
ｉＣ電極のエッチング速度によるウエーハ上のレジス
ト、シリコン酸化膜、シリコン膜、シリコン窒化膜のエ
ッチング速度の変化を測定した。その結果、ＳｉＣ壁面
電極のエッチング速度が大きくなるにしたがって、酸化
膜のエッチング速度が４００ｎｍ／ｍｉｎから１６００
ｎｍ／ｍｉｎまで変化し、レジスト膜のエッチング速度
は５００ｎｍ／ｍｉｎから６０ｎｍ／ｍｉｎまで変化し
た。すなわちＳｉＣ壁面電極のエッチング速度によっ
て、レジストのエッチング速度が調節でき、選択比を大
きく保つことが可能であった。シリコン膜のエッチング
速度もレジストと同様に変化した。シリコン窒化膜のエ
ッチングを最も選択的にエッチングするためには、Ｓｉ
Ｃ壁面電極のエッチング速度を大きくする必要があるこ
とが分かった。すなわち本実施例から、炭素を含まない
ガスのプラズマを使用した場合に、プラズマに接触する
固体表面に炭素を含有させこの固体のエッチング反応を
生成せしめることによって、シリコン酸化膜を高エッチ
ング速度でエッチングできることが明らかにでき、本発
明の有効性が確認できた。

【００７１】プラズマ処理室の壁面への電力の印加につ
いては、実施例２と同様にいくつかの有効な手段があっ
た。そのひとつは、壁面をいくつかに分割して、異なる
バイアス電力により動作させる方法であった。また、第
二にはウエーハのバイアス電力電源をウエーハと壁面に
電力の位相等を変えて共有しても、効果があった。上下
の電極間隔が３０ｍｍ以下の極めて狭い状況においても
壁面のバイアス印加方法は効果があったが、特に電極間
隔が３０ｍｍを越えた条件で有効であった。

【００７２】（実施例１５）本実施例は、実施例１４に
さらに温度調節機構４８を設け、電極の温度を制御しな
がらエッチングする方法について、図１５を用いて説明
する。

【００７３】上下の電極と壁面の電極の温度の効果を各
温度を−６０℃から２５０℃まで変化させてそのエッチ
ングに対する効果を調べた。その結果、ウエーハ電極の
温度は、なるべく高く設定する方がシリコン酸化膜をシ
リコン窒化膜に対して選択的にエッチングできることが
分かった。特に好ましい温度は０℃以上であった。上部
電極の温度は、その電極表面のエッチング速度を決定す
る因子の一つであった。したがって温度を極力一定に保
持する必要がある。加えて、温度は高い場合ほどエッチ
ングの速度が高く、温度を低く設定すると上部電極によ
る活性種の変換反応の効率が低下する。したがって上記
温度範囲で所定のエッチング速度の設定して使用でき
る。壁面の電極については、温度が低いと物質の堆積が
起きやすいが、上部の電極と同様に、電極表面のエッチ
ング速度を決定する因子の一つであった。したがって温
度を極力一定に保持する必要がある。加えて、温度は高
い場合ほどエッチングの速度が高く、温度を低く設定す
ると上部電極による活性種の変換反応の効率が低下す
る。したがって上記温度範囲で所定のエッチング速度の
設定して使用できた。すなわち本実施例から、炭素を含
まないガスのプラズマを使用した場合に、プラズマに接
触する固体表面に炭素を含有させこの固体のエッチング
反応を生成せしめ、その固体の温度を−６０℃から２５
０℃までに制御することによって、シリコン酸化膜を高
エッチング速度でエッチングできることが明らかにでき
ることが確認された。

【００７４】（実施例１６）本発明による誘導結合型の
ｒｆ波放電エッチング装置でのシリコン酸化膜エッチン
グを図１３により説明する。ウエハー１０６は、バイア
ス用高周波印加下部電極を兼ねたウエハーテーブル１０
７上に設置され、ウエハーテーブル１０７はバイアス用
高周波電源１１０に接続されている。本実施例では、実
施例１２〜１５とは異なり、ウエーハに対向する電極は
設置されず、絶縁窓５１が配置される。壁面近傍に活性
種制御材料１１２としてＳｉＣを使用した。このＳｉＣ
には、バイアス印加電源１１９が接続されている。実施
例１４と同様に、トータルのガス流量を２０〜５００ｓ
ｃｃｍに設定し、ＳＦ₆は１〜１０ｓｃｃｍで変化させ
た。放電の圧力は０．３〜５Ｐａに設定した。ｒｆ電力
はプラズマ放電用高周波電源５４からプラズマ処理室の
放電部にコイル上に形成したアンテナに通電し、アルミ
ナや石英によってつくった放電窓板５８もしくは放電管
のなかにプラズマを生成した。

【００７５】それ以外の条件は、実施例１４と同様であ
る。その結果、実施例４と同様に、ＳｉＣ壁面電極のエ
ッチング速度によって、レジストのエッチング速度が調
節でき、選択比を大きく保つことが可能であった。シリ
コン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。
シリコン窒化膜のエッチングを最も選択的にエッチング
するためには、ＳｉＣ壁面電極のエッチング速度を大き
くする必要があることが分かった。

【００７６】また、実施例１５と同様に、ウエーハ電極
の温度は、なるべく高く設定する方がシリコン酸化膜を
シリコン窒化膜に対して選択的にエッチングできること
が分かった。

【００７７】（実施例１７）本発明による磁場を使用し
ないＵＨＦ波プラズマエッチング装置でのシリコン酸化
膜エッチングを図１１により説明する。本実施例では、
ウエーハに対向する電極７１はパイロリティックグラフ
ァイト板を使用した。

【００７８】導入ガスをＳＦ₆とＡｒの混合ガスとし
て、トータルのガス流量は５０〜５００ｓｃｃｍに設定
し、ＳＦ₆は１〜１０ｓｃｃｍで変化させた。放電の圧
力は０．５〜５Ｐａに設定した。上部と下部の電極の間
隔は１０〜２００ｍｍに設定した。プラズマ処理室の壁
面近傍に活性種制御機構として、表面処理したＳｉＣ７
６を用いた。このＳｉＣに電力を投入すると前記プラズ
マでこのＳｉＣがエッチングされる。

【００７９】ウエーハは、基板上にシリコン窒化膜、シ
リコン膜、シリコン酸化膜、ホトレジストが形成された
ものを使用した。

【００８０】上部電極のパイロリティックグラファイト
板のエッチング速度が５０ｎｍ／ｍｉｎから６００ｎｍ
／ｍｉｎとなる条件で、酸化膜のエッチング速度が４０
０ｎｍ／ｍｉｎから１４００ｎｍ／ｍｉｎまで変化し、
レジスト膜のエッチング速度は６００ｎｍ／ｍｉｎから
６０ｎｍ／ｍｉｎまで変化した。すなわちＳｉＣ壁面電
極のエッチング速度によって、レジストのエッチング速
度が調節でき、選択比を大きくなる。シリコン膜のエッ
チング速度もレジストと同様に変化した。シリコン窒化
膜のエッチングを最も選択的にエッチングするために
は、ＳｉＣ壁面電極のエッチング速度を大きくする必要
があった。

【００８１】また、実施例１５と同様に、ウエーハ電極
の温度は、なるべく高く設定する方がシリコン酸化膜を
シリコン窒化膜に対して選択的にエッチングできること
が分かった。

【００８２】（実施例１８）磁場を使用したＵＨＦ波プ
ラズマエッチング装置でのシリコン酸化膜エッチングを
例にして、図１１を用いて本発明によるガスの有効な使
用方法について説明する。本実施例では、炭素を含有し
ないガスとしてＣｌＦ₃を使用する。不活性ガスとして
Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅを混合した。フッ素を含むガス
と同様、ＣｌＦ₃は地球温暖化係数が高くまたライフタ
イムも長く、好もしいものではないが、極めて少量の消
費量ですむという利点がある。その他の条件は、実施例
１７と同様である。

【００８３】その結果、ＣｌＦ₃を使用した場合でも、
実施例１７と同様の効果、即ち活性種制御材料の温度を
−６０℃から２５０℃まで制御して、シリコン酸化膜を
高エッチング速度でエッチングできる効果が得られた。

【００８４】（実施例１９）誘導結合型高周波放電のプ
ラズマエッチング装置でＣｌＦ₃に加えて、微量の炭素
を含むガスをエッチングガスとして使用して、シリコン
酸化膜のエッチングを行った。

【００８５】本実施例では、誘導結合型であるのでウエ
ーハに対向する電極は設置されないが、壁面近傍の電極
１１２（図１３）にＳｉＣを使用した結果、本発明の効
果が認められた。しかしシリコン酸化膜のエッチングを
シリコン窒化膜に対して選択的に行うことがかなり困難
である。本実施例はこれを補う方法である。炭素を含有
するガスとしては、Ｃのほかに、ＨとＦとＣｌのいずれ
かを含有するガスを使用すればよい。

【００８６】トータルのガス流量は２０〜５００ｓｃｃ
ｍに設定し、ＣｌＦ₃は０〜１０ｓｃｃｍで変化させ
た。微量の添加ガスには、クロロフォルムを使用した。
その導入量はＣｌＦ₃を越えない程度に設定した。放電
の圧力は０．３〜５Ｐａに設定した。ｒｆ電力はプラズ
マ処理室の放電部にコイル上に形成したアンテナに通電
し、アルミナや石英によってつくった放電窓板もしくは
放電管のなかにプラズマを生成した。ウエーハ電極には
プラズマ中のイオンを加速するｒｆ電力を投入した。

【００８７】ウエーハは、基板上にシリコン窒化膜、シ
リコン膜、シリコン酸化膜、ホトレジストが形成された
ものを用いた。

【００８８】ＳｉＣのエッチング速度が５０ｎｍ／ｍｉ
ｎから６００ｎｍ／ｍｉｎとなる条件とすると、酸化膜
のエッチング速度は４００ｎｍ／ｍｉｎから１６００ｎ
ｍ／ｍｉｎまで変化し、レジスト膜のエッチング速度は
５００ｎｍ／ｍｉｎから６０ｎｍ／ｍｉｎまで変化し
た。またシリコン窒化膜のエッチング速度は４０〜２０
０ｎｍ／ｍｉｎであり、クロロフォルムを添加すること
により、選択比は、２０％以上向上し、少量のガス添加
の効果が大きいことが明らかであり、本発明の有効性が
さらに活かされる例であった。すなわち炭素を含むガス
の少量添加によって、レジストのエッチング速度が調節
でき、選択比が大きくなる。この炭素を含むガスは、ト
ータルガス流量の１％以下好ましくは０．４〜０．８％
程度流すと効果的である。即ち、本実施例では炭素を含
むガスを５ｓｃｃｍ以下流すと上述の効果がある。シリ
コン膜のエッチング速度もレジストと同様に変化した。
シリコン窒化膜のエッチングを極めて効果的に選択的に
エッチングできた。

【００８９】この状態で上下の電極と壁面の電極の温度
の効果を各温度を−６０℃から２５０℃まで変化させて
そのエッチングに対する効果を調べた。その結果、ウエ
ーハ電極の温度は、炭素含有ガスの添加の場合には炭素
含有ガスの添加しない場合に比較すると、シリコン酸化
膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングできる
温度が約１０℃程度低くても良いことが分かった。特に
好ましい温度は−１０℃以上であった。上部電極の温度
は、その電極表面のエッチング速度を決定する因子の一
つであった。したがって温度を極力一定に保持する必要
がある。加えて、温度は高い場合ほどエッチングの速度
が高く、温度を低く設定すると上部電極による活性種の
変換反応の効率が低下する。したがって上記温度範囲で
所定のエッチング速度の設定して使用できる。壁面の電
極については、温度が低いと物質の堆積が起きやすい
が、上部の電極と同様に、電極表面のエッチング速度を
決定する因子の一つであった。したがって温度を極力一
定に保持する必要がある。加えて、温度は高い場合ほど
エッチングの速度が高く、温度を低く設定すると上部電
極による活性種の変換反応の効率が低下する。したがっ
て上記温度範囲で所定のエッチング速度の設定して使用
できた。すなわち本実施例から、炭素を含まないガスと
してＣｌＦ₃を使用し、炭素を含有するガスとしては、
Ｃのほかに、ＨとＦとＣｌのいずれかを含有するガスを
添加して使用した場合に、プラズマに接触する固体表面
に炭素を含有させこの固体のエッチング反応を生成せし
め、その固体の温度を−６０℃から２４０℃までに制御
することによって、シリコン酸化膜を高エッチング速度
で高選択比でエッチングできることが明らかにでき、本
発明の有効性が確認できた。

【００９０】（実施例２０）誘導結合型高周波放電のプ
ラズマエッチング装置でのシリコン酸化膜エッチングを
例にして、本発明によるガスの有効な使用方法について
説明する。本実施例では、エッチングガスとしてＣｌＦ
₃を使用するが、加えて、酸素を含有するガス、例とし
てはＯ₂を使用する。同時に実施例１９のように微量の
炭素を含むガスを使用してもよい。不活性ガスとしてＮ
ｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅのいずれかを混合した。フッ素を
含むガスでは、ＯＦ₆、ＮＦ₃、ＣｌＦ₃も使用できる。
本実施例の重要な点は、Ｏ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、ＮＯ、ＮＯ
₂、Ｈ₂Ｏ等が使用できることにある。

【００９１】本実施例では、壁面近傍の電極としてパイ
ロリティックグラファイトを使用した結果、本発明の効
果が認められた。しかしシリコン酸化膜のエッチングを
シリコン窒化膜に対して選択的に行うことがかなり困難
である。本実施例はこれを補う方法である。炭素を含有
するガスとしては、Ｃのほかに、ＨとＦとＣｌのいずれ
かを含有するガスを使用すればよい。

【００９２】トータルのガス流量は２０〜５００ｓｃｃ
ｍに設定し、ＣｌＦ₃は１〜１０ｓｃｃｍで変化させ
た。微量の添加ガスには、Ｏ₂を使用した。その導入量
はＣｌＦ₃を越えない程度に設定した。放電の圧力は
０．３〜５Ｐａに設定した。ｒｆ電力はプラズマ処理室
の放電部にコイル上に形成したアンテナに通電し、アル
ミナや石英によってつくった放電窓板もしくは放電管の
なかにプラズマを生成した。ウエーハ電極にはプラズマ
中のイオンを加速するｒｆ電力を投入した。本実施例で
は、これまでの例とは異なり、このエッチング反応の結
果として、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｃ₃Ｏ₂、Ｃ₅Ｏ₂等の炭素酸化
物ガスが形成される。その結果、シリコン酸化膜をシリ
コン窒化膜に対して選択的にエッチングするには極めて
効果的となり、本発明の有効性がさらに高めることがで
きる。

【００９３】ウエーハは、基板上にシリコン窒化膜、シ
リコン膜、シリコン酸化膜、ホトレジストが形成された
ものを用いた。

【００９４】上部電極のグラファイトのエッチング速度
が５０ｎｍ／ｍｉｎから６００ｎｍ／ｍｉｎとなる条件
で、酸化膜のエッチング速度が４００ｎｍ／ｍｉｎから
１６００ｎｍ／ｍｉｎまで変化し、レジスト膜のエッチ
ング速度は５００ｎｍ／ｍｉｎから６０ｎｍ／ｍｉｎま
で変化した。またシリコン窒化膜のエッチング速度は３
０〜１５０ｎｍ／ｍｉｎであり、酸素添加によって選択
比は、１５％以上向上し、少量のガス添加の効果が大き
いことが明らかであり、本発明の有効性がさらに活かさ
れる例であった。すなわち酸素を含むガスの少量添加に
よって、レジストのエッチング速度が調節でき、選択比
を大きくなる。シリコン膜のエッチング速度もレジスト
と同様に変化した。シリコン窒化膜のエッチングを極め
て効果的に選択的にエッチングできた。

【００９５】前述の実施例では、炭素を含有する物質
は、パイロリティックなグラファイト、ＳｉＣを用いた
が、ほかに有機樹脂膜、ＳｉＣＮ、ダイアモンド板、Ａ
ｌ₄Ｃ₃、炭化ホウ素等の炭素含有材料であればよい。ま
たこれらの炭化物を表面に形成した構造でも効果があっ
た。

【００９６】また、前述の実施例では炭素を含まないガ
スとしてＡｒを用いたが、この他不活性ガスＮｅ、Ｋ
ｒ、Ｘｅでも良い。

【００９７】また、前述の実施例では、フッ素を含むガ
スとしてＳＦ₆やＣｌＦ₃を用いたが、地球温暖化係数が
高くまたライフタイムも長く好もしいものではないが、
極めて少量の消費量ですむという利点がある。これら以
外では、Ｆ₂、ＨＦ、ＸｅＦ₂、ＰＦ₃、ＢＦ₃、ＮＦ₃、
ＳｉＦ₄、ハロゲン化物の塩化フッ素ＣｌＦ、臭化フッ
素ＢｒＦ、ＢｒＦ₃、ＢｒＦ₅、ヨウ化フッ素ＩＦ₅であ
っても良い。

【００９８】

【発明の効果】本発明により以下の効果を得ることが出
来た。

【００９９】ＰＦＣ、ＨＦＣガス使用せずに、エッチン
グに必要な活性種を生成し従来の選択性を保ちつつシリ
コン酸化膜のエッチングを行うことが可能となる。

【０１００】シリコン酸化膜プロセスにおいては、プラ
ズマ中のフッ素をＣＦ₂変換し、活性種を単一種化した
プラズマを使用することで、シリコン酸化膜上では反応
生成物が揮発してエッチングが進行するが、シリコン窒
化膜上では残留物のためエッチングが停止するという選
択性エッチングが可能となり、選択比低下による窒化膜
の肩削れの問題およびプロセスマージンの拡大化を解決
することが出来る。

【０１０１】また、メタルエッチング時の異種材料間に
おける活性種の変化を一定に保つことができ、局所形状
異常を抑制することが可能となる。

【０１０２】プラズマ境界面への付着物が除去できるた
め、経時変化が抑制でき、高スループットで長期的にも
安定で良好なエッチング特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の、活性種制御材料を搭載し
たプラズマエッチング装置の断面を示す図である。

【図２】活性種制御材料にＡｌ、ＳｉＯ₂、Ｃを使用し
た場合のＣＦ₄プラズマ中のフッ素とＣＦ₂密度を示す図
である。

【図３】ＣＦ₄ガスプラズマ中で、炭素の活性種制御材
料に負の直流電圧を印加した時のＣＦ₁、ＣＦ₂、ＣＦ₃
のラジカル密度の変化を示す図である。

【図４】レジスト−ＴｉＮ−Ａｌ−ＴｉＮの積層構造
を、従来のＥＣＲプラズマエッチング装置でエッチング
処理を行なった場合の形状とその時のプラズマ中の塩素
濃度の変化を示した図である。

【図５】Ｃ₄Ｆ₈プラズマに接する面に設置したアルミ板
に電圧を印加した場合の堆積層の厚さを示す図である。

【図６】活性種制御材料の面積がプラズマ電位を決定し
ている部分の面積と同程度の場合のプラズマ電位と印加
電圧、プラズマシース電圧、自己バイアス電圧の波形図
である。

【図７】活性種制御材料を３つに区切った場合での各ブ
ロックに電圧印加を行うタイミングの例を示す図であ
る。

【図８】活性種制御材料を三つに区切った場合のリレー
回路を組み込んだ電圧印加回路の動作の略図である。

【図９】複位相電源回路接続した場合の構成図とプラズ
マ電位と各印加電圧、各プラズマシース電圧、自己バイ
アス電圧の波形図である。

【図１０】活性種制御材料への付着量またはスパッタ量
を検知する手段の実施例を示す図である。

【図１１】本発明によるガス組成および活性種制御材料
を使った、ＥＣＲ型ＵＨＦ波プラズマエッチング装置の
概略図である。

【図１２】プラズマ発生機構に容量結合型プラズマを適
用し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図であ
る。

【図１３】プラズマ発生機構に誘導結合型プラズマを適
用し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図であ
る。

【図１４】プラズマ発生機構に表面波励起型プラズマを
適用し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図であ
る。

【図１５】プラズマ発生機構に有磁場平行平板プラズマ
を適用し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図で
ある。

【図１６】酸化膜エッチングによるＳＡＣ加工を行う前
の試料構造を表す図と従来方法におけるＳＡＣ加工時の
肩削れ状態を表す図と従来方法におけるＳＡＣ加工時の
エッチング停止状態を表す図と本発明を用いた場合での
ＳＡＣ加工を行なった場合のエッチング形状を表す図で
ある。

【図１７】試料処理時間により印加する高周波の電圧及
び周波数の制御機構を示す図である。

【図１８】活性種制御材料と絶縁体との間に導電板を挿
入し、その導電板に電圧印加回路を接続したことを示す
図である。

【図１９】プラズマ発生機構に有磁場平行平板プラズマ
を適用し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図で
ある。

【図２０】プラズマ発生機構に平行平板プラズマを適用
し、本発明を搭載したエッチング装置の断面図である。

【図２１】本発明を適用して、ＴｉＮ−Ａｌ−ＴｉＮの
メタル配線加工を行なった場合の加工形状を示す図であ
る。

【符号の説明】

４８…温度調節機構、５１…上部窓、５４…高周波電
源、５８…コイル状アンテナ、７１…上部電極、７４…
ＵＨＦ波電源、７８…マグネット、７９…同軸ケーブ
ル、１０１…マイクロ波発振器、１０２…導波管、１０
３…マイクロ波導入窓、１０４…反応室、１０５…電磁
石、１０６…試料、１０７…試料台、１０８…真空排気
装置、１０９…ガス導入管、１１０…ＲＦ電源、１１１
…絶縁体、１１２…活性種制御材料、１１３…プラズ
マ、１１４…温度モニター、１１５…電圧印加回路、１
１６…ヒータ、１１７…冷却管、１１８…ブロッキング
コンデンサー、１１９…交流電源、１２０…フィードバ
ック回路を設けた発光分光器、１２１…温度制御回路、
３０１…レジスト、３０２…ノッチ部分、３０３…アル
ミニウム、３０４…窒化チタン、３０５…ＳｉＯ₂、３
０６…窒化チタンエッチング時の塩素濃度（異常形状発
生時）、３０７…ノッチング部分での塩素密度、３０８
…アルミニウムエッチング時の安定な塩素濃度、３０９
…窒化チタンエッチング時の塩素密度（本発明適用
時）、３１０…アンダーカット部分、４０１…導電板、
６０１…印加電圧、６０２…プラズマ電位、６０３…シ
ース電圧、６０４…自己バイアス電圧、８０１…リレー
回路、８０２…ブロックａ、８０３…ブロックｂ、８０
４…ブロックｃ、９０１…複位相高周波電源回路、９０
２…初期位相０度の正弦波、９０３…初期位相１２０度
の正弦波、９０４…初期位相２４０度の正弦波、９０５
…ブロックａへのシース電圧、９０６…ブロックｂへの
シース電圧、９０７…ブロックｃへのシース電圧、１０
０１…水晶振動子膜厚計プローブ、１００２…フィード
バック回路、１００３…活性種制御材料を構成する物
質、１２０１…高周波電源、１２０２…接地対向電極、
１４０１…誘電体、１４０２…導波管、１５０１…レジ
スト、１５０２…酸化膜、１５０３…窒化膜、１５０４
…ポリシリコンゲート、１５０５…シリコン基板、１５
０６…窒化膜肩削れ部分、１５０７…エッチング停止部
分、１７０１…時間制御用コンピュータ、１７０２…Ｄ
／Ａコンバータ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｍ // Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ

Claims (50)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理室内にガスを導入する工程と、 前記処理室内に設けられた所定の材料からなる固体の物
   質に電圧を印加する工程と、 前記ガスをプラズマ化し、前記ガスと前記固体の物質と
   を反応させる工程と、 前記プラズマにより前記処理室内に載置された被加工物
   を処理する工程とを有することを特徴とするプラズマ処
   理方法。
2. 【請求項２】前記被加工物と前記材料とは、共通の原子
   が含まれていることを特徴とする請求項１記載のプラズ
   マ処理方法。
3. 【請求項３】前記被加工物にはマスクが形成されてお
   り、前記マスクと前記材料とは共通の原子が含まれてい
   ることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
4. 【請求項４】前記材料は、炭素、Ｓｉ、ポリシリコン、
   Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、ＳｉＯ₂、ＴｉＮの
   何れかを含む材料であることを特徴とする請求項１記載
   のプラズマ処理方法。
5. 【請求項５】前記炭素を含む材料は、グラファイト、有
   機樹脂、ＳｉＣＮ、ダイヤモンド、Ａｌ₄Ｃ₃、炭化ホウ
   素の何れかであることを特徴とする請求項４記載のプラ
   ズマ処理方法。
6. 【請求項６】前記電圧は直流電圧であることを特徴とす
   る請求項１記載のプラズマ処理方法。
7. 【請求項７】前記電圧はパルス状の電圧であることを特
   徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
8. 【請求項８】前記電圧の周波数は１００ｋＨｚ以上１０
   ０ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項７記載のプ
   ラズマ処理方法。
9. 【請求項９】前記電圧は交流電圧であることを特徴とす
   る請求項１記載のプラズマ処理方法。
10. 【請求項１０】前記電圧の周波数は１００ｋＨｚ以上１
    ００ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項９記載の
    プラズマ処理方法。
11. 【請求項１１】前記被加工物の所望の領域にはマスクが
    形成されており、前記被加工物の前記マスクが形成され
    ていない領域の表面積と前記マスクの表面積のうちいず
    れか小さい方の面積よりも、前記固体の物質の前記プラ
    ズマと接触する部分の表面積が大きいことを特徴とする
    請求項１記載のプラズマ処理方法。
12. 【請求項１２】前記ガスと前記固体の物質との反応は、
    前記固体の物質により前記プラズマの所定の活性種を消
    費させる反応であることを特徴とする請求項１記載のプ
    ラズマ処理方法。
13. 【請求項１３】処理室内にガスを導入する工程と、 前記処理室内に設けられ、互いに絶縁された２個以上の
    ブロックからなる固体の物質の少なくとも１個に電力を
    投入する工程と、 前記ガスをプラズマ化し、前記ガスと前記材料とを反応
    させる工程と、 前記プラズマにより前記処理室内に設けられた被加工物
    を処理する工程とを有することを特徴とするプラズマ処
    理方法。
14. 【請求項１４】前記ブロック毎に異なる前記電力が投入
    されることを特徴とする請求項１３記載のプラズマ処理
    方法。
15. 【請求項１５】前記２個以上のブロックは、同一の材料
    であることを特徴とする請求項１３記載のプラズマ処理
    方法。
16. 【請求項１６】前記ブロックの１つには第１の電圧が印
    加され、他のブロックは接地電位にされていることを特
    徴とする請求項１３記載のプラズマ処理方法。
17. 【請求項１７】少なくとも２個の前記ブロックそれぞれ
    に、異なる位相の高周波電圧を印加することを特徴とす
    る請求項１３記載のプラズマ処理方法。
18. 【請求項１８】処理室内にガスを導入する工程と、 前記処理室内に設けられた所定の材料からなる固体の物
    質に、直流成分が０Ｖ以下の電圧を印加する工程と、 前記ガスをプラズマ化し、前記ガスと前記固体の物質と
    を反応させる工程と、 前記プラズマにより前記処理室内に載置された被加工物
    を処理する工程とを有することを特徴とするプラズマ処
    理方法。
19. 【請求項１９】前記電圧は、直流成分が−２０Ｖ以下で
    あることを特徴とする請求項１８記載のプラズマ処理方
    法。
20. 【請求項２０】前記電圧は、直流成分が−５０Ｖ以上で
    あることを特徴とする請求項１８記載のプラズマ処理方
    法。
21. 【請求項２１】処理室内にガスを導入する工程と、 前記ガスをプラズマ化し、前記ガスと、前記処理室内に
    設けられ、温度制御手段により温度が制御された所定の
    材料からなる固体の物質とを反応させる工程と、 前記プラズマにより前記処理室内に載置された被加工物
    を処理する工程とを有することを特徴とするプラズマ処
    理方法。
22. 【請求項２２】前記固体の物質は前記温度制御手段によ
    り−６０℃以上２５０℃以下の温度にされていることを
    特徴とする請求項２１記載のプラズマ処理方法。
23. 【請求項２３】前記温度は−１０℃以上であることを特
    徴とする請求項２２記載のプラズマ処理方法。
24. 【請求項２４】前記温度は０℃以上であることを特徴と
    する請求項２２記載のプラズマ処理方法。
25. 【請求項２５】前記温度はヒーター及び冷却管により調
    整されていることを特徴とする請求項２１記載のプラズ
    マ処理方法。
26. 【請求項２６】前記固体の物質には所定の電圧が印加さ
    れていることを特徴とする請求項２１記載のプラズマ処
    理方法。
27. 【請求項２７】処理室内にガスを導入する工程と、 前記ガスをプラズマ化し、前記処理室内に設けられた所
    定の材料からなる固体の物質に電圧を印加して、前記ガ
    スと前記固体の物質とを反応させる工程と、 前記固体の物質の増減を検知し、前記増減を基に前記電
    圧を制御して、前記プラズマにより前記処理室内に載置
    された被加工物を処理する工程とを有することを特徴と
    するプラズマ処理方法。
28. 【請求項２８】処理室内にガスを導入する工程と、 前記ガスをプラズマ化し、前記処理室内に設けられた所
    定の材料からなる固体の物質に電圧を印加して、前記ガ
    スと前記固体の物質とを反応させる工程と、 前記プラズマ中の所定の活性種の量を検知して、前記検
    知した活性種の量を基に前記電圧を制御して、前記プラ
    ズマにより前記処理室内に載置された被加工物を処理す
    る工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
29. 【請求項２９】処理室内にガスを導入する工程と、 前記ガスをプラズマ化し、前記処理室内に設けられた所
    定の材料からなる固体の物質に電圧を印加して、前記ガ
    スと前記固体の物質とを反応させる工程と、 前記処理室内に載置された被加工物を前記プラズマによ
    り処理する時間を検知して、前記時間に基づいて前記電
    圧を制御する工程とを有することを特徴とするプラズマ
    処理方法。
30. 【請求項３０】シリコン窒化膜とシリコン酸化膜が形成
    された基体を反応室内に載置する工程と、 前記反応室内に、フッ素を含んだガスを導入する工程
    と、 前記ガスをプラズマ化し、前記反応室内に設けられた炭
    素を含む固体の物質に電力を投入し前記ガスと反応さ
    せ、所定の活性種を生成する工程と、 前記活性種により前記シリコン酸化膜を前記シリコン窒
    化膜に対して選択的にエッチングする工程とを有するこ
    とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
31. 【請求項３１】前記活性種はＣＦ₂のラジカルであるこ
    とを特徴とする請求項３０記載のプラズマ処理方法。
32. 【請求項３２】第１の膜と第２の膜が積層して形成され
    た基体を反応室内に載置する工程と、 前記反応室内にガスを導入する工程と、 前記ガスをプラズマ化して前記第２の膜をエッチングす
    る工程と、 前記反応室内に設けられ、前記第１の膜と共通の原子を
    含んだ固体の物質に電力を投入し前記ガスと反応させる
    工程と、 前記プラズマにより前記第１の膜をエッチングする工程
    とを有することを有することを特徴とするプラズマ処理
    方法。
33. 【請求項３３】処理室内に被処理物を設置する工程と、 前記処理室内に炭素を構成元素としないガスを導入する
    工程と、 前記ガスをプラズマ化させる工程と、 前記プラズマ化したガスと、前記処理室内の炭素とを反
    応させて化学種を形成する工程と、 前記化学種により前記被処理物をプラズマ処理する工程
    とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
34. 【請求項３４】基体上にシリコン酸化膜またはシリコン
    窒化膜を形成する工程と、 前記シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜上に所定のパ
    ターンを有するレジスト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜が形成された前記基体を、処理室内の台
    に設置する工程と、 前記処理室内にフッ素を構成元素とし炭素を構成元素と
    しない化合物ガスを導入する工程と、 前記化合物ガスをプラズマ化する工程と、 前記プラズマ化した化合物ガスを、前記処理室内に準備
    した炭素と反応させて、エッチングに寄与する化学種を
    形成する工程と、 前記化学種により、前記シリコン酸化膜またはシリコン
    窒化膜をエッチングする工程とを有することを特徴とす
    るプラズマ処理方法。
35. 【請求項３５】前記炭素は固体状の炭素であることを特
    徴とする請求項３４記載のプラズマ処理方法。
36. 【請求項３６】前記固体状の炭素は温度が制御されるこ
    とを特徴とする請求項３５記載のプラズマ処理方法。
37. 【請求項３７】前記温度は−６０℃から＋２５０℃の範
    囲で温度制御されることを特徴とする請求項３６記載の
    プラズマ処理方法。
38. 【請求項３８】前記温度は０℃から＋２５０℃の範囲で
    温度制御されることを特徴とする請求項３６記載のプラ
    ズマ処理方法。
39. 【請求項３９】前記固体状の炭素は、電力が投入される
    ことを特徴とする請求項３５記載のプラズマ処理方法。
40. 【請求項４０】前記電力を制御して所望の前記固体状の
    炭素のエッチング速度を得ることを特徴とする請求項３
    ９記載のプラズマ処理方法。
41. 【請求項４１】前記固体状の炭素は複数個有り、複数個
    それぞれの炭素に所定の電力が投入されていることを特
    徴とする請求項３９記載のプラズマ処理方法。
42. 【請求項４２】前記プラズマはＵＨＦ帯の高周波と磁場
    との相乗作用により形成されることを特徴とする請求項
    ３４記載のプラズマ処理方法。
43. 【請求項４３】前記フッ素を含有し炭素を含まないガス
    は、ＳＦ₆、ＣｌＦ₃、Ｆ₂、ＨＦ、ＸｅＦ₂、ＰＦ₃、Ｂ
    Ｆ₃、ＮＦ₃、ＳｉＦ₄、ＣｌＦ、ＢｒＦ、ＢｒＦ₃、Ｂｒ
    Ｆ₅、ＩＦ₅の何れかを含むことを特徴とする請求項３４
    記載のプラズマ処理方法。
44. 【請求項４４】基体上にシリコン酸化膜またはシリコン
    窒化膜を形成する工程と、 前記シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜上に所定のパ
    ターンを有するレジスト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜が形成された前記基体を、処理室内に設
    置する工程と、 前記処理室内にフッ素を構成元素とし炭素を構成元素と
    しないガスを導入する工程と、 前記処理室内に設置した固体状の炭素に高周波電力を投
    入することにより前記ガスをプラズマ化する工程と、 前記プラズマ化したガスと前記炭素とを反応させて、エ
    ッチングに寄与する化学種を形成する工程と、 前記プラズマ中のイオンを加速するための電力を前記基
    体に投入する工程と、 前記化学種により、前記シリコン酸化膜またはシリコン
    窒化膜をエッチングする工程とを有することを特徴とす
    るプラズマ処理方法。
45. 【請求項４５】基体上にシリコン酸化膜またはシリコン
    窒化膜を形成する工程と、 前記シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜上に所定のパ
    ターンを有するレジスト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜が形成された前記基体を、処理室内の台
    に設置する工程と、 前記処理室内に酸素を含むガスと、フッ素を構成元素と
    し炭素を構成元素としない化合物ガスを導入する工程
    と、 前記化合物ガスをプラズマ化する工程と、 前記プラズマ化した化合物ガスを、前記処理室内に準備
    した炭素と反応させて、エッチングに寄与する化学種を
    形成する工程と、 前記化学種により、前記シリコン酸化膜またはシリコン
    窒化膜をエッチングする工程とを有することを特徴とす
    るプラズマ処理方法。
46. 【請求項４６】基体上にシリコン酸化膜またはシリコン
    窒化膜を形成する工程と、 前記シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜上に所定のパ
    ターンを有するレジスト膜を形成する工程と、 前記レジスト膜が形成された前記基体を、処理室内の台
    に設置する工程と、 前記処理室内にフッ素を含むガスと、かつ前記処理室内
    に導入するガスの全流量の１％以下の流量の炭素含むガ
    スを導入する工程と、 前記ガスをプラズマ化する工程と、 前記プラズマ化したガスを、前記処理室内に準備した炭
    素と反応させて、エッチングに寄与する化学種を形成す
    る工程と、 前記化学種により、前記シリコン酸化膜またはシリコン
    窒化膜をエッチングする工程とを有することを特徴とす
    るプラズマ処理方法。
47. 【請求項４７】前記炭素を含むガスの流量は、前記全流
    量の０．４％以上０．８％以下であることを特徴とする
    請求項４６記載のプラズマ処理方法。
48. 【請求項４８】シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜が
    形成された基体を、処理室内の台に設置する工程と、 前記処理室内に、不活性ガスと、フッ素を含むガスと、
    前記フッ素を含むガスより少量の炭素含むガスを導入す
    る工程と、 前記ガスをプラズマ化する工程と、 前記プラズマ化したガスを、前記処理室内に準備した炭
    素と反応させてエッチングに必要な化学種を形成し、前
    記シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜をエッチングす
    る工程とを有することを特徴とするプラズマ処理方法。
49. 【請求項４９】被加工物を収容する容器と、 前記被加工物を載置する台と、 前記被加工物を加工するためのガスを導入するガス導入
    口と、 前記ガスをプラズマ化させる手段と、 前記ガスを排気する排気口と、 前記容器内設置され、所定の電力が投入される固体の物
    質とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
50. 【請求項５０】被加工物を収容する容器と、 前記被加工物を載置する台と、 前記被加工物を加工するためのガスを導入するガス導入
    口と、 前記ガスをプラズマ化させる手段と、 前記ガスを排気する排気口と、 前記容器内設置された固体の物質と、 前記固体の物質の温度を調整する機構とを有することを
    特徴とするプラズマ処理装置。