(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング処理室内にて、処理台上に被処理物を載置して、ＨＢｒガスを含むプロセスガスを用いてプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、上記処理台上にシリコンウエハを載置する工程と、上記載置する工程の後、上記エッチング処理室内にフッ素ガスを含むガスプラズマを発生させ上記プラズマエッチングの際に上記エッチング処理室内に付着している異物を除去する除去工程と、上記除去工程の後、上記エッチング処理室内に塩素ガスを含むガスプラズマを発生させ上記除去工程により上記エッチング処理室内に残存するフッ素を塩素に置換する工程と、上記置換する工程の後、上記エッチング処理室内にＨＢｒガスを含むガスプラズマを発生させ、上記シリコンウエハをエッチングして反応生成物を生成し、上記反応生成物を上記エッチング処理室内に所望量付着させる工程とからなるクリーニング工程を経た後、次回のプラズマエッチングを行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
エッチング処理室内にて、処理台上に被処理物を載置して、ＨＢｒガスを含むプロセスガスを用いてプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、上記処理台上にＴＥＯＳウエハを載置する工程と、上記載置する工程の後、上記エッチング処理室内にフッ素ガスを含むガスプラズマを発生させ上記プラズマエッチングにより上記エッチング処理室内に付着している異物を除去する除去工程と、上記除去工程の後、上記エッチング処理室内に塩素ガスを含むガスプラズマを発生させ上記除去工程により上記エッチング処理室内に残存するフッ素を塩素に置換する工程と、上記置換する工程の後、上記エッチング処理室内にＴＥＯＳ膜をエッチングすることができるエッチングガスを含むガスプラズマを発生させ、上記ＴＥＯＳウエハをエッチングして反応生成物を生成し、上記反応生成物を上記エッチング処理室内に所望量付着させる工程と、上記所望量付着させる工程の後、上記エッチング処理室内に酸素を含むガスプラズマを用いて、上記反応生成物を酸化させる工程とからなるクリーニング工程を経た後、次回のプラズマエッチングを行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項３】
エッチングガスとして、塩素ガス、または、ＨＢｒガス、または、塩素ガスとＨＢｒガスとの混合ガス、または、塩素ガスとＨＢｒガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、酸化ガスとして、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガス、または、ＨＢｒガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたことを特徴とする請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマエッチング方法において、酸化ガスとして塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いた場合、クリーニング工程の最終工程として、ＨＢｒガスを含むガスプラズマを発生させる工程を備えたことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項５】
エッチング処理室内にアルミニウムにて成る電極が配設され、反応生成物が上記電極に所望量付着していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
プロセスガスとして、ＨＢｒガスに塩素ガス、または、塩素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを用い、プラズマエッチングは、被処理物上のシリコン、多結晶シリコン、またはシリサイドのエッチングを行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
プラズマエッチングは複数枚の被処理物をロット単位で行い、クリーニング工程は、各ロット処理の直前に行われることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項８】
請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング方法を用いて製造された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プロセスガスにＨＢｒを含むプラズマエッチングにおいて、ＣＤシフト量の変動を抑制するためのプラズマエッチング方法およびこれを用いて製造された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上にプラズマ処理によるエッチングを行った場合、処理を行うエッチング処理室としての真空容器の内壁には反応生成物（異物）が付着する。このような反応生成物は、パーティクルの原因になるため、定期的に除去する必要がある。そこで、従来ではエッチング処理室の内壁の異物を、ドライエッチングにより除去する方法が用いられていた。
【０００３】
従来、プロセスガスとして塩素ガスおよび酸素ガスの混合ガスを用いるプラズマエッチング方法において、クリーニング工程は、エッチング処理室内の被処理物を載置するための処理台上に、ＴＥＯＳウエハを載置する。次に、エッチング処理室内にフッ素ガスを含むガスプラズマを発生させエッチング処理室内に付着している異物を除去する。次に、エッチング処理室内に塩素ガスを含むガスプラズマを発生させ異物除去によりエッチング処理室内に残存するフッ素を塩素に置換する。
【０００４】
次に、エッチング処理室内にプロセスガスとしての例えば塩素ガスのガスプラズマを発生させ、エッチング処理室内を実際のプラズマエッチング処理にて行うガス雰囲気に整えるシーズニング処理を行う。このシーズニング処理は、あくまでも、プラズマエッチングにおけるプロセス状態に、エッチング処理室内を近づけるために行うもので、そのことにより反応生成物が生成されないように行われるものである。そしてこのクリーニング工程を経た後、処理台のＴＥＯＳウエハを除いて、処理台に被処理物を載置し、プロセスガスを用いて実際のプラズマエッチング処理を行う。
【０００５】
このクリーニング工程の際に、ＴＥＯＳウエハを処理台上に載置していったのは、処理台上にクリーニングの各工程における異物が付着するのを防止するためである。さらに、ＴＥＯＳ膜はクリーニングの各工程のプラズマ状態においてエッチングされにくいため、各工程において反応生成物が生成されるのを防止することができるため用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラズマエッチング方法は上記のように行われている。このことをＨＢｒを含むプロセスガスにおけるプラズマエッチング方法において同様に用いると、エッチング処理室内の被処理物を載置するための処理台上に、ＴＥＯＳウエハを載置する。次に、エッチング処理室内にフッ素ガスを含むガスプラズマを発生させエッチング処理室内に付着している異物を除去する。次に、エッチング処理室内に塩素ガスを含むガスプラズマを発生させ異物除去によりエッチング処理室内に残存するフッ素を塩素に置換する。
【０００７】
次に、エッチング処理室内にプロセスガスとしてのＨＢｒガスを含むガスプラズマを発生させ、エッチング処理室内を実際のプラズマエッチング処理にて行うガス雰囲気に整えるシーズニング処理を行う。そしてこのクリーニング工程を経た後、処理台のＴＥＯＳウエハを除いて、処理台に被処理物を載置し、ＨＢｒガスを含むプロセスガスを用いて実際のプラズマエッチング処理を行う。
【０００８】
このようにクリーニングされた後に、プラズマエッチング処理を行うと、図３に示すように、被処理物の処理枚数目に応じてＣＤシフト量が変化することが確認された。図から明らかなように、このクリーニングの後の、被処理物の２枚目以降においてＣＤシフト量はさほど変化がないが、１枚目と２枚目以降とのＣＤシフト量に大きな差が生じ、精度に優れた製造を行うことができないという問題点があった。
【０００９】
図４に、クリーニング工程を経た後の、プラズマエッチング処理における１枚目と２枚目とのＣＤシフト量に注目した図を示す。図から明らかなように、１枚目と２枚目とのＣＤシフト量の差が、０．０１５μｍ程度有することが判る。
【００１０】
この発明は上記のような問題点を解消するためなされたもので、プロセスガスにＨＢｒガスを含む場合、クリーニング工程後のプラズマエッチングにおいて、ＣＤシフト量の変動を減少させることができるプラズマエッチング方法およびこれを用いて製造された半導体装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１のプラズマエッチング方法は、エッチング処理室内にて、処理台上に被処理物を載置して、ＨＢｒガスを含むプロセスガスを用いてプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、処理台上にシリコンウエハを載置し、上記載置する工程の後、エッチング処理室内にフッ素ガスを含むガスプラズマを発生させプラズマエッチングの際にエッチング処理室内に付着している異物を除去する除去工程を行い、上記除去工程の後、エッチング処理室内に塩素ガスを含むガスプラズマを発生させ除去工程によりエッチング処理室内に残存するフッ素を塩素に置換し、上記置換する工程の後、エッチング処理室内にＨＢｒガスを含むガスプラズマを発生させ、シリコンウエハをエッチングして反応生成物を生成し、反応生成物をエッチング処理室内に所望量付着させる工程とからなるクリーニング工程を経た後、次回のプラズマエッチングを行うものである。
【００１２】
また、この発明に係る請求項２のプラズマエッチング方法は、エッチング処理室内にて、処理台上に被処理物を載置して、ＨＢｒガスを含むプロセスガスを用いてプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、処理台上にＴＥＯＳウエハを載置し、上記載置する工程の後、エッチング処理室内にフッ素ガスを含むガスプラズマを発生させプラズマエッチングによりエッチング処理室内に付着している異物を除去する除去工程を行い、上記除去工程の後、エッチング処理室内に塩素ガスを含むガスプラズマを発生させ除去工程によりエッチング処理室内に残存するフッ素を塩素に置換し、上記置換する工程の後、エッチング処理室内にＴＥＯＳ膜をエッチングすることができるエッチングガスを含むガスプラズマを発生させ、ＴＥＯＳウエハをエッチングして反応生成物を生成し、反応生成物をエッチング処理室内に所望量付着させ、上記所望量付着させる工程の後、エッチング処理室内に酸素を含むガスプラズマを用いて、反応生成物を酸化させる工程とからなるクリーニング工程を経た後、次回のプラズマエッチングを行うものである。
【００１３】
また、この発明に係る請求項３のプラズマエッチング方法は、請求項２において、エッチングガスとして、塩素ガス、または、ＨＢｒガス、または、塩素ガスとＨＢｒガスとの混合ガス、または、塩素ガスとＨＢｒガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、酸化ガスとして、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガス、または、ＨＢｒガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたものである。
【００１４】
また、この発明に係る請求項４のプラズマエッチング方法は、請求項３に記載のプラズマエッチング方法において、酸化ガスとして塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いた場合、クリーニング工程の最終工程として、ＨＢｒガスを含むガスプラズマを発生させるものである。
【００１５】
また、この発明に係る請求項５のプラズマエッチング方法は、請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、エッチング処理室内にアルミニウムにて成る電極が配設され、反応生成物が電極に所望量付着しているものである。
【００１６】
また、この発明に係る請求項６のプラズマエッチング方法は、請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、プロセスガスとして、ＨＢｒガスに塩素ガス、または、塩素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを用い、プラズマエッチングは、被処理物上のシリコン、多結晶シリコン、またはシリサイドのエッチングを行うものである。
【００１７】
また、この発明に係る請求項７のプラズマエッチング方法は、請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、プラズマエッチングは複数枚の被処理物をロット単位で行い、クリーニング工程は、各ロット処理の直前に行われるものである。
【００１８】
また、この発明に係る請求項８の半導体装置は、請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング方法を用いて製造されたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態について説明する。
まず、発明者は従来の方法においてなぜＣＤシフト量に大きな変動が発生したのかを検討した。その結果、被処理物の１枚目においてＣＤシフト量が多くなったのは、エッチング処理室内においてクリーニングにより露出した部材の一部、例えば、アルミニウムにてなる電極が、プラズマエッチング工程においてエッチングされ、それが被処理物に付着することにより発生しているものと考えた。
【００２０】
そして、２枚目以降は、この１枚目のプラズマエッチングの際に発生した反応生成物が、その露出した部材に付着することにより、部材がエッチングされることは防止され、ＣＤシフト量が低減したものと考えた。このことより、この発明の実施の形態１においては以下の方法にてプラズマエッチング方法を行う。
【００２１】
まず、エッチング処理室内にて、処理台上に被処理物、例えばシリコン、多結晶シリコン、またはシリサイドのエッチングを行うものを載置して、ＨＢｒガスを含むプロセスガス、例えばＨＢｒガスに塩素ガス、または、塩素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを用いたプラズマエッチングの処理が終了すると、処理台上にシリコンウエハを載置する。次に、エッチング処理室内にフッ素ガスを含むガスプラズマを発生させプラズマエッチングの際にエッチング処理室内に付着している異物を除去する。次に、エッチング処理室内に塩素ガスを含むガスプラズマを発生させ上記除去工程によりエッチング処理室内に残存するフッ素を塩素に置換する。
【００２２】
次に、エッチング処理室内にＨＢｒガスを含むガスプラズマを発生させ、シリコンウエハをエッチングして反応生成物を故意的に生成し、反応生成物をエッチング処理室内に所望量付着させる。以上のクリーニング工程を経た後、シリコンウエハを除去して、被処理物の例えば、シリコン、多結晶シリコン、またはシリサイドのエッチングを行うものを処理台上に載置させ、ＨＢｒガスを含む例えばＨＢｒガスに塩素ガス、または、塩素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスのガスプラズマを用いた次回のプラズマエッチングを行う。
【００２３】
図１に、このようにクリーニング工程を経た後にプラズマエッチングを行った際の、１枚目と２枚目とのＣＤシフト量を白丸にて示す。黒丸にて示すグラフは、従来の方法にてクリーニングした後の、プラズマエッチングを行った場合のものである。これらのグラフを比較すると、明らかなように、従来では１枚目と２枚目とのＣＤシフト量の差が０．０１５μｍ程度あったのに対し、実施の形態１においては、１枚目と２枚目とのＣＤシフト量の差が０．００５μｍ程度に低減されている。
【００２４】
このような実験結果より、クリーニング工程の際に、エッチング処理室内の異物を一旦除去した後に、エッチング処理室内にＨＢｒガスを含むガスプラズマを発生させ、シリコンウエハをエッチングして反応生成物を故意的に生成し、反応生成物をエッチング処理室内に所望量付着させると、その反応生成物がエッチング処理室内の特定の部材の例えばアルミニウムにて成る電極を覆うこととなり、プラズマエッチングにおいて、その部材がエッチングされることが防止されるためであると判断できる。
【００２５】
上記のように行われた実施の形態１のプラズマエッチング方法では、エッチング処理室内の異物を一旦除去した後に、ある程度の反応生成物を故意的に所望量付着せることにより、プラズマエッチングにおいて、１枚目と２枚目以降とのＣＤシフト量の差を低減することができ、精度に優れた製造を行うことができる。
また、シリコンウエハを載置させ所望量の反応生成物を生成させているため、シリコンウエハは容易にエッチングされるため反応生成物を容易に生成することが可能である。
【００２６】
実施の形態２．
上記実施の形態１においては、シリコンウエハを用いて反応生成物を生成する例を示したが、シリコンウエハはその取り扱いが困難であるため、従来と同様に、ＴＥＯＳウエハを用いる例について検討した。
【００２７】
まず、エッチング処理室内にて、処理台上にＴＥＯＳウエハを載置する。次に、上記実施の形態１と同様に、エッチング処理室内にフッ素ガスを含むガスプラズマを発生させプラズマエッチングの際にエッチング処理室内に付着している異物を除去する。次に、エッチング処理室内に塩素ガスを含むガスプラズマを発生させ上記除去工程によりエッチング処理室内に残存するフッ素を塩素に置換する。
【００２８】
次に、エッチング処理室内にＴＥＯＳ膜をエッチングすることができるエッチングガス、例えば、塩素ガス、または、ＨＢｒガス、または、塩素ガスとＨＢｒガスとの混合ガス、または、塩素ガスとＨＢｒガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、ＴＥＯＳウエハをエッチングして反応生成物を故意的に生成し、反応生成物をエッチング処理室内に所望量付着させる。
【００２９】
次に、エッチング処理室内に酸素を含む酸化ガスとして、例えば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガス、または、ＨＢｒガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたガスプラズマを発生させ、反応生成物を酸化させる。この酸化は、酸化していない状態の反応生成物はもろく、エッチング処理室内からすぐに揮発する可能性があるため、酸化することにより確実に付着させるため行うものである。
【００３０】
以上のクリーニング工程を経た後、ＴＥＯＳウエハを除去して、被処理物の例えば、シリコン、多結晶シリコン、またはシリサイドのエッチングを行うものを処理台上に載置させ、ＨＢｒガスを含む例えば、ＨＢｒガスに塩素ガス、または、塩素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスのガスプラズマを用いた次回のプラズマエッチングを行う。
【００３１】
尚、上記酸化ガスとして塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いた場合、クリーニング工程の最終工程として、ＨＢｒガスを含むガスプラズマを発生させ、シーズニングを行うようにすれば、より一層精度に優れたプラズマエッチングを行うことができることは言うまでもない。
【００３２】
このようにＴＥＯＳウエハを用いても、従来とは異なり、故意的に反応生成物が生成されるまでエッチングを行い、その反応生成物を酸化してエッチング処理室内に所望量付着すれば、上記実施の形態１と同様に、１枚目と２枚目以降とＣＤシフト量の差を低減することができる。
【００３３】
ＴＥＯＳウエハの用いた場合の、ＴＥＯＳ膜（酸化膜）の削れ量と、ＣＤシフト量との関係を図２に示す。図から明らかなように、ＴＥＯＳ膜の削れ量が多くなるとＣＤシフト量が低減することが判る。そしてＴＥＯＳ膜の所望の削れ量を判断して上記工程を行うようにすれば良い。
【００３４】
尚、上記各実施の形態における、クリーニング工程を行う時期は、プラズマエッチングは複数枚の被処理物をロット単位で行う場合、各ロット処理の直前に行われるものである。このようにすれば、各ロット処理において、精度良くプラズマエッチングを行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、エッチング処理室内にて、処理台上に被処理物を載置して、ＨＢｒガスを含むプロセスガスを用いてプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、処理台上にシリコンウエハを載置し、エッチング処理室内にフッ素ガスを含むガスプラズマを発生させプラズマエッチングの際にエッチング処理室内に付着している異物を除去する除去工程を行い、エッチング処理室内に塩素ガスを含むガスプラズマを発生させ除去工程によりエッチング処理室内に残存するフッ素を塩素に置換し、エッチング処理室内にＨＢｒガスを含むガスプラズマを発生させ、シリコンウエハをエッチングして反応生成物を生成し、反応生成物をエッチング処理室内に所望量付着させる工程とからなるクリーニング工程を経た後、次回のプラズマエッチングを行うので、エッチング処理室内に所望量の反応生成物のみを付着させた後、プラズマエッチングを行うことができるため、ＣＤシフト量の差の低減を図ることができるプラズマエッチング方法を提供することが可能となる。
【００３６】
また、この発明の請求項２によれば、エッチング処理室内にて、処理台上に被処理物を載置して、ＨＢｒガスを含むプロセスガスを用いてプラズマエッチングを行うプラズマエッチング方法において、処理台上にＴＥＯＳウエハを載置し、エッチング処理室内にフッ素ガスを含むガスプラズマを発生させプラズマエッチングによりエッチング処理室内に付着している異物を除去する除去工程を行い、エッチング処理室内に塩素ガスを含むガスプラズマを発生させ除去工程によりエッチング処理室内に残存するフッ素を塩素に置換し、エッチング処理室内にＴＥＯＳ膜をエッチングすることができるエッチングガスを含むガスプラズマを発生させ、ＴＥＯＳウエハをエッチングして反応生成物を生成し、反応生成物をエッチング処理室内に所望量付着させ、エッチング処理室内に酸素を含むガスプラズマを用いて、反応生成物を酸化させる工程とからなるクリーニング工程を経た後、次回のプラズマエッチングを行うので、エッチング処理室内に所望量の反応性生物のみを付着させた後、プラズマエッチングを行うことができるため、ＣＤシフト量の差の低減を図ることができるプラズマエッチング方法を提供することが可能となる。
【００３７】
また、この発明の請求項３によれば、請求項２において、エッチングガスとして、塩素ガス、または、ＨＢｒガス、または、塩素ガスとＨＢｒガスとの混合ガス、または、塩素ガスとＨＢｒガスと酸素ガスとの混合ガスを用い、酸化ガスとして、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガス、または、ＨＢｒガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたので、ＴＥＯＳ膜が確実にエッチングされ、反応生成物が生成でき、この反応生成物を確実に酸化させ、エッチング処理室内に確実に付着させることができるプラズマエッチング方法を提供することが可能となる。
【００３８】
また、この発明の請求項４によれば、請求項３に記載のプラズマエッチング方法において、酸化ガスとして塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いた場合、クリーニング工程の最終工程として、ＨＢｒガスを含むガスプラズマを発生させるので、より一層精度に優れた製造を行うことができるプラズマエッチング方法を提供することが可能となる。
【００３９】
また、この発明の請求項５によれば、請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、エッチング処理室内にアルミニウムにて成る電極が配設され、反応生成物が電極に所望量付着しているので、次回のプラズマエッチングにおいて、アルミニウムのエッチングを低減させることができるプラズマエッチング方法を提供することが可能となる。
【００４０】
また、この発明の請求項６によれば、請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、プロセスガスとして、ＨＢｒガスに塩素ガス、または、塩素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを用い、プラズマエッチングは、被処理物上のシリコン、多結晶シリコン、またはシリサイドのエッチングを行うので、シリコン、多結晶シリコン、またはシリサイドのエッチングのＣＤシフト量の差を低減することができるプラズマエッチング方法を提供することが可能となる。
【００４１】
また、この発明の請求項７によれば、請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、プラズマエッチングは複数枚の被処理物をロット単位で行い、クリーニング工程は、各ロット処理の直前に行われるので、各ロットにおいて、ＣＤシフト量の差の変動を低減することができるプラズマエッチング方法を提供することが可能となる。
【００４２】
また、この発明の請求項８によれば、請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング方法を用いて製造されたので、複数の半導体装置を製造する場合、その半導体装置間におけるＣＤシフト量の差の変動が低減する半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるＣＤシフト量を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態２による酸化膜の削れ量とＣＤシフト量との関係を示す図である。
【図３】  従来のＣＤシフト量を示す図である。
【図４】  従来のＣＤシフト量を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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