專利名稱：等離子蝕刻法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及等離子蝕刻法，尤其涉及良好形成溝槽的等離子蝕刻法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電子儀器的小型化，相關(guān)的半導(dǎo)體器件也越來越被要求小型化。因此，為了半導(dǎo)體器件的元件隔離和確保存儲(chǔ)單元容量面積，在硅基片上形成的溝槽和孔(via hole)被要求為例如40以上的高深徑比(溝槽或孔的深度/溝槽或孔的直徑)。于是，作為在硅基片上形成這種高深徑比的溝槽和孔的方法，有如下等離子蝕刻法，即利用將蝕刻氣體等離子化生成的活性種(離子和自由基)，對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻。由于溝槽和孔的等離子蝕刻法原理大致相同，因此下面就溝槽闡述一下。
對(duì)于溝槽，被要求高深徑比的同時(shí)，如圖10所示，被要求將側(cè)壁部的傾斜角作成約為90度(垂直)。但是，如果要想作成高深徑比的溝槽，就很難控制溝槽的形狀，所以面臨著這樣一個(gè)問題無法同時(shí)滿足對(duì)溝槽形狀的要求和對(duì)深徑比的要求。即在利用等離子蝕刻法對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻的工序上，帶中性電荷的自由基會(huì)各向同性地入射到硅基片表層，造成側(cè)向蝕刻。因此這一點(diǎn)在高深徑比的溝槽上會(huì)尤其明顯，溝槽形狀無法成為規(guī)定的形狀，而成為如圖11所示的形狀。
作為解決這種問題的已知技術(shù)，有例如專利文獻(xiàn)1、2所記載的等離子蝕刻法。
下面，就利用專利文獻(xiàn)1、2所記載的等離子蝕刻法對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻的方法，按照?qǐng)D12A～圖12D的順序作一下說明。
首先，如圖12A所示，使用已構(gòu)圖形成的掩膜300，并以因蝕刻氣體等離子化而產(chǎn)生的活性種對(duì)硅基片310進(jìn)行蝕刻。這時(shí)，離子因負(fù)偏壓被加速，垂直地入射到硅基片310表層，向垂直方向進(jìn)行蝕刻，而自由基各向同性地入射到硅基片310表層，在上端開口部的掩膜300下，造成側(cè)向蝕刻。
而后，如圖12B所示，在溝槽內(nèi)的硅基片310表層形成針對(duì)蝕刻的保護(hù)膜320。
接下來，如圖12C所示，再次利用活性種對(duì)硅基片310進(jìn)行蝕刻。這時(shí)，由于溝槽側(cè)壁被保護(hù)膜320所覆蓋，因此自由基對(duì)側(cè)面的蝕刻則會(huì)停止，而進(jìn)行垂直方向的蝕刻和新出現(xiàn)的溝槽側(cè)壁的蝕刻。
然后，如圖12D所示，反復(fù)進(jìn)行上述圖12A～圖12C的工序。
如果是使用上述以往的等離子蝕刻法，要分?jǐn)?shù)次進(jìn)行蝕刻工序，并且在進(jìn)行蝕刻前用保護(hù)膜覆蓋溝槽側(cè)壁。因而通過增加蝕刻次數(shù)，能夠形成高深徑比的溝槽，并能夠抑制對(duì)溝槽側(cè)壁進(jìn)行的蝕刻，所以能夠同時(shí)滿足對(duì)溝槽形狀的要求和對(duì)深徑比的要求。
專利文獻(xiàn)1特開昭60-50923號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開平7-503815號(hào)公報(bào)但是，如果是采用以往的等離子蝕刻法，則需反復(fù)進(jìn)行蝕刻工序和形成保護(hù)膜的工序，所以就存在一個(gè)問題溝槽側(cè)壁產(chǎn)生凹凸。

發(fā)明內(nèi)容
因此鑒于這一問題，本發(fā)明之目的為提供一種不僅能夠同時(shí)滿足對(duì)溝槽形狀的要求和對(duì)深徑比的要求，而且還能夠形成具有平滑形狀側(cè)壁之溝槽的等離子蝕刻法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明涉及的等離子蝕刻法的特征在于在處理室內(nèi)對(duì)由Si構(gòu)成的被處理體進(jìn)行等離子蝕刻的方法，將含有氟化合物氣體以及稀有氣體的蝕刻氣體導(dǎo)入前述處理室內(nèi)，將前述蝕刻氣體等離子化后對(duì)前述被處理體進(jìn)行蝕刻。在此，前述蝕刻氣體還包括O2氣體，前述氟化合物氣體也可以為SF6氣體，前述稀有氣體也可以為He氣體，導(dǎo)入前述處理室內(nèi)的He氣體量也可以為前述蝕刻氣體總流量的30％以上，前述蝕刻氣體也可以利用ICP法等離子化。
因而，能夠產(chǎn)生出一種能夠?qū)喜蹆?nèi)部的氣體驅(qū)逐到外面去的氣流，而且能夠縮短溝槽內(nèi)部的反應(yīng)產(chǎn)物以及活性種的滯留時(shí)間，所以即使在需要形成高深徑比的溝槽時(shí)，也能夠抑制在溝槽上產(chǎn)生側(cè)向蝕刻，或溝槽底部變尖。即能夠?qū)崿F(xiàn)可以同時(shí)滿足對(duì)溝槽形狀的要求和對(duì)深徑比的要求的等離子蝕刻裝置。并且，將以1次蝕刻工序在硅基片上形成溝槽，因而能夠防止在溝槽側(cè)壁產(chǎn)生凹凸。即，能夠?qū)崿F(xiàn)可以形成具有平滑形狀側(cè)壁之溝槽的等離子蝕刻法。
在此，前述處理室的內(nèi)壁也可以由絕緣性材料構(gòu)成。再者，前述絕緣性材料也可以為石英、氧化鋁以及經(jīng)氧化鋁膜處理的鋁母材、氧化釔。
由此，能夠高度保持等離子體的密度，高度維持蝕刻速率，以防止降低針對(duì)溝槽的側(cè)壁保護(hù)效果，因此能夠?qū)崿F(xiàn)可以不在溝槽上造成側(cè)向蝕刻而形成規(guī)定形狀之溝槽的等離子蝕刻法。
此外，前述蝕刻氣體還可以包括Cl2氣體。再者，導(dǎo)入到前述處理室內(nèi)的Cl2氣體量也可以是前述蝕刻氣體總流量的10％以下。
由此，因?yàn)槲g刻氣體包括Cl2，所以如果溝槽側(cè)壁保護(hù)效果過強(qiáng)了的話，保護(hù)至溝槽底部的作用就會(huì)發(fā)揮出來，能夠?qū)崿F(xiàn)可以減少因一部分蝕刻受阻而產(chǎn)生之溝槽底部殘?jiān)牡入x子蝕刻法。
再者，前述氟化合物氣體為SF6氣體或NF3氣體，并可以向前述蝕刻氣體施加27MHz以上頻率的電力，使之等離子化。
由此，能夠抑制對(duì)溝槽的側(cè)向蝕刻的進(jìn)行，因而能夠?qū)崿F(xiàn)可以不在溝槽上造成側(cè)向蝕刻而形成規(guī)定形狀之溝槽的等離子蝕刻法。
再者，前述稀有氣體為He氣體，導(dǎo)入到前述處理室內(nèi)的He氣體量也可以是前述蝕刻氣體總流量的80％以上。
由此，能夠進(jìn)一步抑制對(duì)溝槽的側(cè)向蝕刻的進(jìn)行，因而能夠?qū)崿F(xiàn)可以形成規(guī)定形狀之溝槽的等離子蝕刻法。
再者，前述蝕刻氣體還含有聚合物生成氣體，前述氟化合物氣體也可以為SF6氣體，前述聚合物生成氣體也可以為C4F8氣體、CHF3氣體、C5F8氣體以及C4F6氣體之任意一種。此外，前述氟化合物氣體為SF6氣體，并也可以向前述蝕刻氣體施加500kHz頻率的電力，使之等離子化。
由此，對(duì)SOI基片等進(jìn)行蝕刻時(shí)，因?yàn)榧词故窃诼冻鼋^緣性阻擋層后，也能夠繼續(xù)保護(hù)溝槽側(cè)壁，所以能夠?qū)崿F(xiàn)可以不在溝槽上造成側(cè)向蝕刻而在SOI基片等上形成規(guī)定形狀之溝槽的等離子蝕刻法。
再者，也可以使用包括O2氣體、并采用SF6氣體作為氟化合物氣體的蝕刻氣體對(duì)前述被處理體進(jìn)行蝕刻，然后使用包括聚合物生成氣體、并采用SF6氣體作為氟化合物氣體的蝕刻氣體進(jìn)一步對(duì)前述被處理體進(jìn)行蝕刻。
由此，能夠在因蝕刻而露出絕緣性阻擋層之前，進(jìn)行使用O2氣體的蝕刻，實(shí)現(xiàn)高蝕刻速度，并能夠在因蝕刻而露出絕緣性阻擋層之后，進(jìn)行使用聚合物生成氣體的蝕刻，實(shí)現(xiàn)側(cè)向蝕刻進(jìn)行少的蝕刻。
再者，前述氟化合物氣體可以為CF4氣體。此外，前述稀有氣體也可以為Ar氣體，導(dǎo)入前述處理室內(nèi)的Ar氣體量也可以是前述蝕刻氣體總流量的50～90％。
由此，能夠降低活性，可將蝕刻速度減慢，所以能以高尺寸精度形成深度淺的高深徑比溝槽。
發(fā)明效果利用有關(guān)本發(fā)明的等離子蝕刻法，即使要形成高深徑比的溝槽時(shí)，也能夠抑制在溝槽上產(chǎn)生側(cè)向蝕刻，或溝槽底部變尖，并能夠同時(shí)滿足對(duì)溝槽形狀的要求和對(duì)深徑比的要求，另外還能夠形成具有平滑形狀側(cè)壁的溝槽，進(jìn)而不在溝槽上造成側(cè)向蝕刻而形成規(guī)定形狀的溝槽。除此之外，還能夠以高尺寸精度形成深度淺的高深徑比的溝槽。
因而，利用本發(fā)明，能夠提供可以同時(shí)滿足對(duì)溝槽形狀的要求和對(duì)深徑比的要求，并可以形成具有平滑形狀側(cè)壁之溝槽的等離子蝕刻法，實(shí)用價(jià)值極高。


圖1是表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。
圖2是表示作為該實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上的蝕刻氣體使用He氣體的效果。
圖3A是表示對(duì)該實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上的蝕刻處理室內(nèi)壁使用絕緣性材料的效果。
圖3B是表示對(duì)該實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上的蝕刻處理室內(nèi)壁使用絕緣性材料的效果。
圖4是表示第2實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。
圖5是表示He量與底切大小的關(guān)系。
圖6是表示形成產(chǎn)生了凹口之溝槽的SOI基片斷面圖。
圖7是表示本發(fā)明第3實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。
圖8是表示本發(fā)明第4實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。
圖9是表示在該實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，在硅基片上形成溝槽的樣子。
圖10是表示形成了規(guī)定形狀之溝槽的硅基片斷面圖。
圖11是表示形成了產(chǎn)生側(cè)向蝕刻之溝槽的硅基片斷面圖。
圖12A是表示用以往的等離子蝕刻法對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻的情況。
圖12B是表示用以往的等離子蝕刻法對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻的情況。
圖12C是表示用以往的等離子蝕刻法對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻的情況。
圖12D是表示用以往的等離子蝕刻法對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻的情況。
符號(hào)說明100、1100蝕刻處理室110上電極120下電極130a、130b、730a、730b、1030a、1030b、1110a、1110b高頻電源140、1120氣體導(dǎo)入口150、1130排氣口300掩膜310、910、1150a硅基片320 保護(hù)膜600 蝕刻處理室壁610 等離子體900 凹口920 阻擋層1000 底切(undercut)1140 感應(yīng)線圈1150 電極1150a硅基片
1160介質(zhì)板1170加熱器1180處理室加熱器具體實(shí)施方式
下面，參照?qǐng)D面，就本發(fā)明實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置進(jìn)行一下說明。
(第1實(shí)施方式)圖1是表示第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。
等離子蝕刻裝置為一種例如ICP(Inductively CoupledPlasma)型的蝕刻裝置，具有如下設(shè)備真空蝕刻處理室100、蝕刻處理室100內(nèi)的上電極110以及下電極120、高頻電源130a、130b以及氣體導(dǎo)入口140和排氣口150。
蝕刻處理室100為可進(jìn)行蝕刻的處理室，內(nèi)壁由絕緣性材料構(gòu)成，例如石英、氧化鋁以及經(jīng)氧化鋁膜處理(耐腐蝕處理)的鋁母材或者是氧化釔等。
高頻電源130a、130b供應(yīng)例如13.56MHz的高頻電力。
氣體導(dǎo)入口140向蝕刻處理室100供應(yīng)氣體。
排氣口150排放蝕刻處理室100內(nèi)的氣體。
接下來，下面就作為制造晶體管等半導(dǎo)體器件的1道工序，使用上述等離子蝕刻裝置進(jìn)行硅基片的溝槽加工之方法，按順序進(jìn)行一下說明。
首先，在下電極120上裝載硅基片，將蝕刻處理室100的內(nèi)部保持在一定的壓力下，同時(shí)通過氣體導(dǎo)入口140供應(yīng)蝕刻氣體，并由排氣口150排氣。在此，蝕刻氣體為一種混合氣體，它將氟化合物氣體例如SF6氣體作為主要成分，里面加上一些添加氣體，例如O2氣體以及稀有氣體例如He氣體等。另外，如果He量少的話，SF6氣體以及O2氣體在蝕刻氣體中的所占比率就會(huì)增大，而在溝槽上產(chǎn)生側(cè)向蝕刻，或溝槽底部變尖，另外如果多的話，SF6氣體以及O2氣體在蝕刻氣體中的所占比率又會(huì)變小，從而無法進(jìn)行蝕刻，所以要進(jìn)行調(diào)節(jié)，占總流量的比率要達(dá)到30％以上。另外，添加氣體也可以為CO和CO2等碳化合物，而稀有氣體也可以為Ar氣體、Xe氣體、Ne氣體以及Kr氣體。
其次，從高頻電源130a、130b，分別向上電極110以及下電極120供應(yīng)高頻電力，將蝕刻氣體等離子化。F+離子、F自由基等等離子體中的活性種與硅基片的硅產(chǎn)生反應(yīng)，生成SiF4、SiO2等反應(yīng)產(chǎn)物，對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻，形成溝槽。這時(shí)，要考慮到蝕刻對(duì)象為硅基片，將施加給下電極120的RF功率設(shè)定為低，例如約50W。
如上所述，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，將使用含有He氣體的蝕刻氣體，在硅基片上形成溝槽。因而，如圖2所示，能夠產(chǎn)生出一種可將溝槽內(nèi)部的氣體驅(qū)逐到外面去的氣流，并且能夠縮短溝槽內(nèi)部的反應(yīng)產(chǎn)物以及活性種的滯留時(shí)間，所以本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置即使在需要形成例如40以上的高深徑比的溝槽時(shí)，也能夠抑制在溝槽上產(chǎn)生側(cè)向蝕刻，或溝槽底部變尖。即能夠?qū)崿F(xiàn)可以同時(shí)滿足對(duì)溝槽形狀的要求和對(duì)深徑比比的要求的等離子蝕刻裝置。
另外，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，將以1次蝕刻工序在硅基片上形成溝槽，因而能夠防止在溝槽側(cè)壁產(chǎn)生凹凸。因此，本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)可以形成具有平滑形狀側(cè)壁之溝槽的等離子蝕刻裝置。
其次，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，將使用含有O2氣體的蝕刻氣體對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻。因而，能夠提高針對(duì)溝槽的側(cè)壁保護(hù)效果，所以本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)可以不在溝槽上造成側(cè)向蝕刻而形成規(guī)定形狀之溝槽的等離子蝕刻裝置。
而且如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，蝕刻處理室100的內(nèi)壁由絕緣性材料構(gòu)成。因而不會(huì)如圖3A所示那樣，由于因放電產(chǎn)生的電子對(duì)蝕刻處理室壁600的碰撞，使得等離子體610的密度減低，而是如圖3B所示，能夠高度保持等離子體610的密度，高度維持蝕刻速率，以防止降低針對(duì)溝槽的側(cè)壁保護(hù)效果，因此本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)可以不在溝槽上造成側(cè)向蝕刻而形成規(guī)定形狀之溝槽的等離子蝕刻裝置。
另外，在本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，蝕刻氣體應(yīng)為一種混合氣體，它以SF6氣體作為主要成分，里面添加O2氣體以及稀有氣體。但是，在蝕刻氣體中，還可以添加例如總流量的10％以下的氯(Cl2)氣體，例如約10％。由此，如果溝槽側(cè)壁保護(hù)效果過強(qiáng)了的話，保護(hù)至溝槽底部的作用就會(huì)發(fā)揮出來，能夠減少溝槽底部因一部分蝕刻受阻而產(chǎn)生的殘?jiān)?br> 其次，在本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，雖然蝕刻氣體以SF6氣體作為主要成分，但也可以以NF3氣體為主要成分。
(第2實(shí)施方式)在上述第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，作為蝕刻氣體，應(yīng)使用含有SF6氣體、O2氣體以及稀有氣體的混合氣體，對(duì)其混合氣體應(yīng)施加例如13.56MHz的高頻電力。但是，作為蝕刻氣體，即使使用不含O2氣體的混合氣體、即含有SF6氣體等氟化合物氣體以及稀有氣體的混合氣體，并對(duì)其混合氣體施加27MHz以上的高頻電力，也能夠獲得同樣的效果。
因此，在第2實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，作為蝕刻氣體，使用了含有SF6氣體等氟化合物氣體以及稀有氣體的混合氣體，并對(duì)其混合氣體施加了27MHz以上的高頻電力。下面，就以與第1實(shí)施方式之不同點(diǎn)為中心，進(jìn)行一下說明。
圖4是表示第2實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。
等離子蝕刻裝置具有與第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置不同的高頻電源，配有如下設(shè)備蝕刻處理室100、上電極110以及下電極120、高頻電源730a、730b以及氣體導(dǎo)入口140和排氣口150。
高頻電源730a、730b供應(yīng)27MHz以上的高頻電力，例如功率消耗少的27MHz的高頻功率。
接下來，下面關(guān)于使用了上述等離子蝕刻裝置的硅基片溝槽加工，按照順序進(jìn)行一下說明。
首先，在下電極120上裝載硅基片，將蝕刻處理室100的內(nèi)部保持在一定的壓力下，同時(shí)通過氣體導(dǎo)入口140供應(yīng)蝕刻氣體，并由排氣口150排氣。在此，蝕刻氣體為一種混合氣體，它將SF6氣體等氟化合物氣體作為主要成分，再添加稀有氣體、例如He等氣體。另外，對(duì)溝槽的側(cè)向蝕刻的進(jìn)行程度，即底切(圖11的1000)大小對(duì)于He量顯示出如圖5所示的變化。即He量一旦小于80％，側(cè)向蝕刻的進(jìn)行程度則會(huì)變大。因而要調(diào)節(jié)He量，使之占總流量的比率達(dá)到80％以上。另外，稀有氣體也可以為Ar氣體和Xe氣體。
其次，從高頻電源730a、730b，分別向上電極110以及下電極120供應(yīng)高頻電力，將蝕刻氣體等離子化。F+離子、F自由基等等離子體中的活性種與硅基片的硅產(chǎn)生反應(yīng)，生成SiF4等反應(yīng)產(chǎn)物，并對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻，形成溝槽。
如上所述，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，與第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置相同，能夠?qū)崿F(xiàn)可以同時(shí)滿足對(duì)溝槽形狀的要求和對(duì)深徑比的要求的等離子蝕刻裝置。
另外，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，與第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置相同，能夠?qū)崿F(xiàn)可以形成具有平滑形狀側(cè)壁之溝槽的等離子蝕刻裝置。
其次，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，將對(duì)蝕刻氣體施加27MHz以上的高頻電力，使之等離子化后，對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻。因而，能夠抑制對(duì)溝槽的側(cè)向蝕刻的進(jìn)行，所以本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)可以不在溝槽上造成側(cè)向蝕刻而形成規(guī)定形狀之溝槽的等離子蝕刻裝置。
另外，在本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，雖然蝕刻氣體以SF6氣體作為主要成分，但也可以以NF3氣體作為主要成分。
而且，在本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，作為蝕刻氣體，即使使用含有SF6氣體、O2氣體以及稀有氣體的混合氣體，并對(duì)其混合氣體施加27MHz以上的高頻電力，也能夠獲得同樣的效果。
(第3實(shí)施方式)在上述第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，作為蝕刻氣體，應(yīng)使用含有SF6氣體、O2氣體以及稀有氣體的混合氣體。但是作為蝕刻氣體，即使使用含有SF6氣體等氟化合物氣體、聚合物生成氣體以及稀有氣體的混合氣體，也能夠獲得同樣的效果，進(jìn)而能夠抑制對(duì)在SOI(Silicon On Insulator)基片等下方有絕緣性阻擋層的硅基片進(jìn)行蝕刻時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向蝕刻的進(jìn)行。
即如果是第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，由O2與硅反應(yīng)生成的反應(yīng)產(chǎn)物保護(hù)了溝槽的側(cè)壁。因而在SOI基片等上，一旦因蝕刻露出阻擋層，反應(yīng)產(chǎn)物的生成就會(huì)停止而無法再保護(hù)溝槽側(cè)壁，在阻擋層920近旁的硅基片910上形成如圖6所示的凹口900。但是，如果作為蝕刻氣體使用聚合物生成氣體的話，便可通過由聚合物生成氣體生成的聚合體來保護(hù)溝槽側(cè)壁。因此，即使露出阻擋層，聚合體的生成也不會(huì)停止而能夠繼續(xù)保護(hù)溝槽側(cè)壁。
因此，在第3實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，作為蝕刻氣體，使用了含有SF6氣體等氟化合物氣體、聚合物生成氣體以及稀有氣體的混合氣體。下面，就以與第1實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心，做一下說明。另外作為聚合體生成氣體，有例如C4F8氣體、CHF3氣體、C5F8氣體以及C4F6氣體等。
圖7是表示第3實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。
等離子蝕刻裝置具有與第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置相同的結(jié)構(gòu)，配有如下設(shè)備蝕刻處理室100、上電極110以及下電極120、高頻電源1030a、1030b以及氣體導(dǎo)入口140和排氣口150。
接下來，下面關(guān)于使用了上述等離子蝕刻裝置的SOI基片的溝槽加工，按順序進(jìn)行一下說明。
首先，在下電極120上裝載SOI基片，將蝕刻處理室100的內(nèi)部保持在一定的壓力下，同時(shí)通過氣體導(dǎo)入口140供應(yīng)蝕刻氣體，并由排氣口150排氣。在此，蝕刻氣體為一種混合氣體，它以SF6氣體等氟化合物氣體作為主要成分，里面添加了聚合物生成氣體以及稀有氣體、例如He氣體等。另外，He量如果少的話，SF6氣體在蝕刻氣體中的所占比率就會(huì)增大，而在溝槽上產(chǎn)生側(cè)向蝕刻，或溝槽底部變尖，另外如果多的話，SF6氣體在蝕刻氣體中的所占比率又會(huì)變小，從而無法進(jìn)行蝕刻，所以要進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之占總流量的比率達(dá)到30％以上。另外，稀有氣體也可以為Ar氣體、Xe氣體。
其次，從高頻電源1030a、1030b，分別向上電極110以及下電極120供應(yīng)高頻電力，將蝕刻氣體等離子化。F+離子、F自由基等等離子體中的活性種與SOI基片的硅產(chǎn)生反應(yīng)，生成Si2F6等反應(yīng)產(chǎn)物，并對(duì)SOI基片的硅基片進(jìn)行蝕刻，直至露出阻擋層，形成溝槽。
如上所述，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，與第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置相同，能夠?qū)崿F(xiàn)可以同時(shí)滿足對(duì)溝槽形狀的要求和對(duì)深徑比的要求的等離子蝕刻裝置。
另外，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，與第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置相同，能夠?qū)崿F(xiàn)可以形成具有平滑形狀側(cè)壁之溝槽的等離子蝕刻裝置。
而且，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，將使用含有聚合物生成氣體的蝕刻氣體，在SOI基片上形成溝槽。因而，在露出阻擋層后也能夠繼續(xù)保護(hù)溝槽側(cè)壁，所以本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置能夠?qū)崿F(xiàn)可以不在溝槽上造成側(cè)向蝕刻而在SOI基片等上形成規(guī)定形狀之溝槽的等離子蝕刻裝置。
另外，在本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，作為蝕刻氣體，應(yīng)使用含有SF6氣體、聚合物生成氣體以及稀有氣體的混合氣體，抑制對(duì)在SOI基片等下方有阻擋層的硅基片進(jìn)行蝕刻時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向蝕刻的進(jìn)行。但是作為蝕刻氣體，即使使用不含聚合物生成氣體的混合氣體，即含有氟化合物氣體例如SF6氣體以及稀有氣體的混合氣體，但因等離子蝕刻裝置備有供應(yīng)例如500kHz的低頻電力的低頻電源，因此只要向蝕刻氣體施加500kHz的低頻電力，也能夠獲得同樣的效果。
即如果是第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，因?yàn)槭褂昧?3.56MHz的高頻電力，所以正離子是低速地入射硅基片。因而在SOI基片等上，一旦因蝕刻而露出阻擋層，那么因已經(jīng)入射的正離子而帶了電的阻擋層，會(huì)使在此之后入射的正離子的軌道彎曲。但是，如果是使用500kHz的低頻電力，正離子便可高速入射硅基片。因而即使在SOI基片等上因蝕刻而露出阻擋層，正離子的軌道也不會(huì)彎曲很大，能夠繼續(xù)保護(hù)溝槽側(cè)壁。
因而，也可以通過對(duì)蝕刻氣體施加500kHz的低頻電力使之等離子化的方法，來實(shí)現(xiàn)能夠在SOI基片等上形成規(guī)定形狀之溝槽的等離子蝕刻裝置。
另外，在本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，應(yīng)實(shí)現(xiàn)下述等離子蝕刻裝置功能能夠通過使用上述聚合物生成氣體的蝕刻，或者是使用低頻電力的蝕刻，在SOI基片等上形成規(guī)定形狀之溝槽。但是，也可以使用含有SF6氣體、O2氣體以及稀有氣體的混合氣體作為蝕刻氣體，像第1實(shí)施方式那樣進(jìn)行蝕刻，直至例如50～90％以上的溝槽被加工，之后為了加工剩余的溝槽，再進(jìn)行使用上述聚合物生成氣體的蝕刻或者是使用低頻電力的本實(shí)施方式的蝕刻。
由此，能夠在因蝕刻而露出阻擋層之前，進(jìn)行使用O2氣體的蝕刻，實(shí)現(xiàn)高蝕刻速度，并能夠在因蝕刻而露出阻擋層之后，進(jìn)行使用聚合物生成氣體的蝕刻，實(shí)現(xiàn)側(cè)向蝕刻進(jìn)行少的蝕刻。
另外，在本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，蝕刻氣體應(yīng)以SF6氣體作為主要成分，但也可以以NF3氣體作為主要成分。
(第4實(shí)施方式)在上述第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，剛開始進(jìn)行蝕刻處理時(shí)，一旦在等離子體穩(wěn)定之前結(jié)束溝槽的加工，溝槽的深度就會(huì)產(chǎn)生偏差。因而，當(dāng)要形成深度淺、例如200nm以下的溝槽時(shí)，需要減慢蝕刻速度，不要在等離子體穩(wěn)定之前結(jié)束溝槽的加工。但是，如果是第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，不可能將蝕刻速度減慢到50nm/min以下，當(dāng)要形成深度淺的溝槽時(shí)，因?yàn)樵诘入x子體穩(wěn)定之前溝槽的加工便會(huì)結(jié)束，所以不可能以高尺寸精度形成深度淺的溝槽。這時(shí)，作為減慢蝕刻速度的方法，可考慮使用這一方法降低向下電極施加的RF功率。但RF功率一旦降低，等離子體的密度就會(huì)降低，所以難以得到所希望的自由基和離子，而且由于放電變得不穩(wěn)定，所以如果用這種方法則會(huì)產(chǎn)生新的問題。
因此，在第4實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置上，作為蝕刻氣體，使用含有氟化合物氣體、例如CF4氣體以及稀有氣體的混合氣體。下面，就以與第1實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心，進(jìn)行一下說明。
圖8是表示第1實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。
等離子蝕刻裝置為例如ICP型的蝕刻裝置，配有如下設(shè)備真空的蝕刻處理室1100、高頻電源1110a、1110b以及氣體導(dǎo)入口1120、排氣口1130、螺旋天線狀的感應(yīng)線圈1140、載有硅基片1150a的電極1150和石英板等介質(zhì)板1160、加熱器1170、處理室加熱器1180。
蝕刻處理室1100為可進(jìn)行蝕刻的處理室。
高頻電源1110a、1110b將例如13.56MHz的高頻電壓施加給感應(yīng)線圈1140以及電極1150。
氣體導(dǎo)入口1120向蝕刻處理室1100供應(yīng)氣體。
排氣口1130排放蝕刻處理室1100內(nèi)的氣體。
接下來，下面關(guān)于使用了上述等離子蝕刻裝置的硅基片的溝槽加工，按順序進(jìn)行一下說明。
首先，在電極1150上裝載硅基片1150a，將蝕刻處理室1100的內(nèi)部保持在一定的壓力下，同時(shí)通過氣體導(dǎo)入口1120供應(yīng)蝕刻氣體，并由排氣口1130排氣。在此，蝕刻氣體為一種混合氣體，它以CF4氣體等氟化合物氣體作為主要成分，里面添加了稀有氣體、例如Ar氣體等。另外，Ar量如果少的話，CF4氣體在蝕刻氣體中所占的比率就會(huì)增大，從而在溝槽上產(chǎn)生側(cè)向蝕刻，或溝槽底部變尖，而如果多的話，CF4氣體在蝕刻氣體中所占的比率又會(huì)變小，從而無法進(jìn)行蝕刻，所以要進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之占總流量的比率達(dá)到50～90％以上。另外，稀有氣體也可以為He氣體和Xe氣體。
其次，從高頻電源1110a、1110b，分別向感應(yīng)線圈1140以及電極1150供應(yīng)高頻電力，將蝕刻氣體等離子化。F+離子、F自由基等等離子體中的活性種如圖9所示，與硅基片的硅產(chǎn)生反應(yīng)，生成SiFx、Si2F6等反應(yīng)產(chǎn)物，對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻，形成溝槽。
如上所述，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，將使用含有Ar氣體的蝕刻氣體，在硅基片上形成溝槽。因而，能夠產(chǎn)生出一種能夠?qū)喜蹆?nèi)部的氣體驅(qū)逐到外面去的氣流，而且能夠縮短溝槽內(nèi)部的反應(yīng)產(chǎn)物以及活性種的滯留時(shí)間，所以本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置即使在需要形成例如40以上的高深徑比的溝槽時(shí)，也能夠抑制在溝槽上產(chǎn)生側(cè)向蝕刻，或溝槽底部變尖。即能夠?qū)崿F(xiàn)可以同時(shí)滿足對(duì)溝槽形狀的要求和對(duì)深徑比的要求的等離子蝕刻裝置。
另外，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，將以1次蝕刻工序在硅基片上形成溝槽。因而能夠防止在溝槽側(cè)壁產(chǎn)生凹凸，所以，本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置是能夠?qū)崿F(xiàn)可以形成具有平滑形狀側(cè)壁之溝槽的等離子蝕刻裝置。
而且，如果利用本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置，將以比SF6氣體離解自由基程度小的CF4氣體作為主要成分，里面再添加上Ar氣體，用這種混合氣體作為蝕刻氣體，在硅基片上形成溝槽。由此，能夠降低活性，可將蝕刻速度減慢到50nm/min以下，例如降為12nm/min，所以本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置是能夠?qū)崿F(xiàn)可以以高尺寸精度形成例如200nm以下深度淺的高深徑比之溝槽的等離子蝕刻裝置，即如果要以2000nm/min的蝕刻速度形成100nm深度的溝槽的話，蝕刻將以約3sec結(jié)束，所以如果考慮到至等離子體穩(wěn)定所需時(shí)間，在樣本之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差約為1sec，那么蝕刻深度的標(biāo)準(zhǔn)偏差將約為30％，超出作為蝕刻深度的標(biāo)準(zhǔn)偏差所能允許的約5％。但如果是以20nm/min的蝕刻速度形成100nm深度的溝槽的話，以相同的計(jì)算，蝕刻深度的標(biāo)準(zhǔn)偏差將約為0.3％，沒有超過約5％的標(biāo)準(zhǔn)，所以本實(shí)施方式的等離子蝕刻裝置能夠在縱深方向上實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高精度的控制。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明能夠利用于等離子蝕刻法，尤其是能夠利用于當(dāng)加工半導(dǎo)體器件的溝槽時(shí)對(duì)半導(dǎo)體基片的蝕刻等。
權(quán)利要求
1.一種在處理室內(nèi)對(duì)由Si構(gòu)成的被處理體進(jìn)行等離子蝕刻的方法，該等離子蝕刻法具有下述特征將含有氟化合物氣體以及稀有氣體的蝕刻氣體導(dǎo)入前述處理室內(nèi)，將前述蝕刻氣體等離子化后對(duì)前述被處理體進(jìn)行蝕刻。
2.如權(quán)利要求1所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述蝕刻氣體還包括O2氣體、CO氣體或CO2氣體，前述氟化合物氣體為SF6氣體。
3.如權(quán)利要求2所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述稀有氣體為He氣體。
4.如權(quán)利要求3所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征導(dǎo)入前述處理室內(nèi)的He氣體量是前述蝕刻氣體總流量的30％以上。
5.如權(quán)利要求4所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述處理室的內(nèi)壁由絕緣性材料構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述絕緣性材料為石英、氧化鋁以及經(jīng)氧化鋁膜處理的鋁母材、氧化釔，或者是碳化硅、氮化鋁。
7.如權(quán)利要求2所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述蝕刻氣體還包括Cl2氣體。
8.如權(quán)利要求7所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征導(dǎo)入到前述處理室內(nèi)的Cl2氣體量是前述蝕刻氣體總流量的10％以下。
9.如權(quán)利要求1所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述氟化合物氣體為SF6氣體或NF3氣體，并向前述蝕刻氣體施加27MHz以上頻率的電力，使之等離子化。
10.如權(quán)利要求9所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述稀有氣體為He氣體，導(dǎo)入到前述處理室內(nèi)的He氣體量是前述蝕刻氣體總流量的80％以上。
11.如權(quán)利要求1所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述蝕刻氣體還含有聚合物生成氣體，前述氟化合物氣體為SF6氣體。
12.如權(quán)利要求11所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述聚合物生成氣體為C4F8氣體、CHF3氣體、C5F8氣體以及C4F6氣體之任意一種。
13.如權(quán)利要求1所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述氟化合物氣體為SF6氣體，并向前述蝕刻氣體施加500kHz頻率的電力，使之等離子化。
14.如權(quán)利要求1所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征使用包括O2氣體、CO氣體或CO2氣體、并采用SF6氣體作為氟化合物氣體的蝕刻氣體，對(duì)前述被處理體進(jìn)行蝕刻，然后使用包括聚合物生成氣體、并采用SF6氣體作為氟化合物氣體的蝕刻氣體，進(jìn)一步對(duì)前述被處理體進(jìn)行蝕刻。
15.如權(quán)利要求1所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述氟化合物氣體為CF4氣體。
16.如權(quán)利要求15所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征前述稀有氣體為Ar氣體。
17.如權(quán)利要求16所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征導(dǎo)入前述處理室的Ar氣體量是前述蝕刻氣體總流量的50～90％。
18.如權(quán)利要求1所記載的等離子蝕刻法，具有下述特征利用ICP法使前述蝕刻氣體等離子化。
19.一種對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻的裝置，此蝕刻裝置的特征為使用如權(quán)利要求1所記載的等離子蝕刻法，在前述硅基片上形成溝槽。
全文摘要
本發(fā)明之目的為提供一種不僅能夠同時(shí)滿足對(duì)溝槽形狀的要求和對(duì)深徑比的要求，而且還能夠形成具有平滑形狀側(cè)壁之溝槽的等離子蝕刻法。本發(fā)明將硅基片裝載在下電極(120)上，通過氣體導(dǎo)入口(140)供應(yīng)蝕刻氣體，再由排氣口(150)排氣，并從高頻電源(130a、130b)分別向上電極(110)以及下電極(120)供應(yīng)高頻電力，然后利用ICP法將蝕刻氣體等離子化，生成活性種，對(duì)硅基片進(jìn)行蝕刻，作為蝕刻氣體，使用一種混合氣體以SF
文檔編號(hào)H01L21/70GK1886824SQ20048003554
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月1日
發(fā)明者奧根充弘, 廣島滿, 鈴木宏之, 三宅清郎, 渡邊彰三 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社