(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング処理室、該エッチング処理室内に配置した半導体基板を載置する基板ステージ、前記エッチング処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段、および前記エッチング処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段を備えたプラズマ処理装置を用いて、単段階もしくは連続した複数段階からなる処理条件によって、前記半導体基板上に堆積されたポリシリコンをエッチング処理する半導体素子の製造方法において、
オーバーエッチング処理工程の後に、オーバーエッチング処理条件のうちウエハ印加バイアスをオフさせ放電を続ける工程を付加したことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
エッチング処理室、該エッチング処理室内に配置した半導体基板を載置する基板ステージ、前記エッチング処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段、および前記エッチング処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段を備えたプラズマ処理装置を用いて、単段階もしくは連続した複数段階からなる処理条件によって、前記半導体基板上に堆積されたポリシリコンをエッチング処理する半導体素子の製造方法において、
オーバーエッチング処理工程の後に、オーバーエッチング処理条件のうち圧力を低下させ、かつウエハ印加バイアスをオフさせ放電を続ける工程を付加したことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の半導体素子の製造方法において、オーバーエッチング処理工程の後に付加した工程におけるプラズマ生成位置を半導体基板から遠ざけるように設定したことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造方法に係り、特に処理室内に残留する反応生成物を効率的に除去することのできる半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知例    （特許公報又は文献）
「特開平５−１４４７９９」、「特開平７−１５３７５１」
近年の半導体素子の高集積化にともない回路パターンは微細化の一途をたどっており、要求される加工寸法精度はますます厳しくなってきている。このような状況では、処理の再現性が重要になってくる。
【０００３】
例えば、高い加工精度が要求されるエッチングプロセスにおいては、異方性エッチングを実現するために側壁をエッチングにより生成されるポリマで保護しながらエッチングを行うプロセスが用いられる。このプロセスでは、処理室内に残留するエッチング生成物の量やウエハの温度により、前記保護膜となるポリマの生成状態が変化する。したがって、もし、処理室内の前記反応生成物の残量が処理毎に変化すると、ウエハ間でポリマからなる前記側壁保護膜の堆積状況がばらつき、エッチング形状の再現性が悪化する。近年の半導体製造プロセスでは、１０ｎｍ以下程度の加工寸法のばらつきであってもデバイスの不良を引き起こす場合があり、前記再現性の悪化は大きな問題である。
【０００４】
また、処理室内に残留している前記エッチング生成物は装置内壁に堆積膜を形成し、この膜厚がある程度に達すると剥離して、ウエハ上に付着することがある。異物と呼ばれるこれらの剥離物は、ウエハ上に付着するとエッチング加工時のマスクとなってエッチ残りを生じさせるなど、製品不良の大きな原因となる。
【０００５】
このようなエッチング生成物に対処する方法として、例えば、特開平５−１４４７７９号公報には、処理室内壁に堆積する堆積膜の膜質を剥離しにくい膜質に改質してエッチングを継続することが示されている。また、特開平７−１５３７５１号公報には、エッチング処理の間に別工程として酸素ガスと塩素ガスの混合ガスのプラズマによるドライクリーニング工程を挿入することが示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記、特開平５−１４４７７９号公報に示す方法によれば、処理室内壁の堆積膜を剥離しにくくするため、異物発生の防止という点では効果が大きい。しかし、堆積物が残留することを前提とする技術であるため、堆積物によりエッチング性能が変動し、再現性の低下は避けることができない。
【０００７】
また、特開平７−１５３７５１号公報に示す方法は、ある処理間隔毎にエッチング生成物を除去し、処理室内の残量反応生成物がある一定量以上なることを防止する技術であり、これにより、処理室内壁に堆積膜が形成されることを防止し、エッチング形状の再現性をある規定値内に収めている。しかし、エッチング工程間にウエハの生産に関与しない工程であるプラズマクリーニング工程を挿入するため生産性が悪化する。
【０００８】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、処理室内に残留する反応生成物を効率的に除去することのできる製造方法および製造装置を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【００１０】
エッチング処理室、該エッチング処理室内に配置した半導体基板を載置する基板ステージ、前記エッチング処理室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段、および前記エッチング処理室内に処理ガスを導入する処理ガス導入手段を備えたプラズマ処理装置を用いて単ステップもしくは連続した複数ステップからなる処理条件によって前記半導体基板を処理する半導体素子の製造方法において、
前記エッチングの最終ステップであるオーバーエッチングの後に、最終ステップ処理条件のうち処理圧力を低圧化させる、もしくはウエハ印加バイアスを低下させる、あるいはその両方を行う条件を付加した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体素子の製造方法を説明する図である。図２は本発明の製造方法を実施するに用いるドライエッチング装置を示す図である。
【００１２】
図１において、１はシリコン基板、２はシリコン基板１上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によって形成したポリシリコン膜、３はエッチング処理によって加工する領域を開口したフォトレジストである。
【００１３】
図２は、本発明の製造方法を実施するに用いるドライエッチング装置を示す図である。図２において、５はエッチング処理室、６はマイクロ波を処理室内に導入する導波管、８はエッチングガスを導入するためのガス導入管、１０は基板を載置する基板ステージ、１４は真空排気するための排気口である。
【００１４】
エッチング処理に際しては、まず、真空排気した後、ガス導入管８からエッチングガスを導入し、所定の圧力に調整する。次に、図示しないマグネトロンが発振したマイクロ波を導波管６を通して処理室内５に導入する。導入したマイクロ波はソレノイドコイル７により形成される磁場との共鳴により、処理室のガスをプラズマ化し、このプラズマ４を利用してエッチングを行う。高周波電源１２は、基板ステージ１０にＲＦバイアスを印加し、プラズマ中のイオンを引き込むことにより異方性エッチングを行う。これにより加工形状を制御することができる。
【００１５】
基板１は静電吸着によって基板ステージ１０に吸着される、また、該基板ステージ１０は基板の温度を制御する温度調節機構１１を備える。基板１を基板ステージ１０上に静電吸着し、さらに温度調節機構１１が基板ステージ１０に供給する冷媒温度を調整することにより、処理中の基板面内の温度を均一にして、基板面内のエッチングレートやエッチング形状を均一にすることができる。すなわち、基板１を基板ステージ１０上に吸着させることにより、基板ステージ１０と基板１との間の熱伝導性を高め、基板の温度制御を確実に行うことができる。また、シャワー穴９は、エッチングガスを処理室５内に均一に導入するための穴である。
【００１６】
前述のように、高い加工精度が要求されるエッチングプロセスにおいては、側壁をエッチングにより生成されるポリマで保護しながらエッチングを行うことにより、異方性エッチングを実現している。ところで、前記エッチングの保護膜となるポリマの生成は処理室内５に残留しているエッチング生成物の量により影響を受け、その影響度合いは加工パターンが微細になればなるほど敏感になる。例えば、残留しているエッチング生成物が多いと保護膜が付着しすぎて加工形状、例えば図１に示す寸法ｄが大きくなる傾向がある。処理室５内に残留するエッチング生成物の総量はウエハの処理枚数の増加にともなって増加するために、同じ条件で処理を続けても、処理の進行に伴って加工形状が変化することになる。
【００１７】
例えば、図１に示すポリシリコン膜２をフォトレジスト３をマスクにしてエッチング処理を行う場合、エッチングガスとして、臭化水素ＨＢｒ、塩素Ｃｌ２、酸素Ｏ２の混合ガス、あるいは塩素Ｃｌ２と酸素Ｏ２の混合ガス、臭化水素ＨＢｒと酸素Ｏ２の混合ガス等を用いるのが一般的である。この場合、ＳｉＣｌ、ＳｉＨ、ＳｉＯ、ＳｉＢｒなどのエッチングによる生成物が発生し、処理室内壁面５’に付着し、エッチング特性に影響を与える。最近の最先端デバイスでは、加工寸法が０．１μｍ以下に到達しようとしており、このため寸法ｄの変化量がたとえ数ｎｍ程度であっても満足な特性は得られないことがある。
【００１８】
本実施形態では、エッチングとして臭化水素ＨＢｒ、塩素Ｃｌ２、酸素Ｏ２の混合ガス、および塩素Ｃｌ２と酸素Ｏ２の混合ガスの２ステップからなるエッチング処理を例に説明する。まず、ステップ１においてＨＢｒ、Ｃｌ２、Ｏ２の混合ガスのプラズマによって、ポリシリコン２をエッチングする。すなわち、ポリシリコンをＳｉのほか、ＳｉＣｌ、ＳｉＨ、ＳｉＯ、ＳｉＢｒに化学変化させてエッチングを進行させる。この際、エッチングにより生成されるＳｉＣｌ、ＳｉＨ、ＳｉＯ、ＳｉＢｒ等からなるポリマで側壁を保護しながらエッチングを行なうことで異方性エッチングを実現する。塩素Ｃｌ２と酸素Ｏ２の混合ガスを用いるステップ２は、オーバーエッチングとも称されるステップで素子内の段差などステップ１のエッチングで残ったわずかなポリシリコンを取り除くステップである。
【００１９】
本実施形態では、ステップ２の後に、ステップ２の条件のうちＲＦバイアス１２をオフにして１５秒放電を続けるステップを付加した。ここでは付加したステップをステップ３と呼ぶ。ＲＦバイアスをオフにしたのは、ポリシリコン２エッチング後の下地１の削れや過剰なレジストマスク３の削れを防止を目的としたものである。これにより、ウエハ処理を続けるのにしたがってｄ寸法が増加する傾向があったのを防止することができた。もともとステップ２の条件はＳｉ化合物を気化させるものであるので、このようにステップ２の条件の放電をステップ３として継続させることによって、ステップ１の処理によって発生し、装置内壁５’に付着・蓄積したエッチング生成物を気化し排気することが可能となる。すなわち次の処理に持ち越すエッチング生成物を取り除くことを可能としたことによって、次のウエハのエッチング結果への影響を排除することができ再現性のよいエッチング加工が可能となった。また、エッチング生成物を装置内壁５’に蓄積させることがないので、低異物を実現できるとともに、メンテナンス頻度を少なくすることもできる。さらに、エッチング処理と別にクリーニング処理を設けていた前記従来の方法のように生産性が低下することはない。
【００２０】
本実施形態では、ステップ２の圧力を０．２Ｐａと十分に低い条件で行ったために、ステップ３の条件はウエハバイアスのみをオフにした。圧力が低ければ、処理室５内に残留した生成物が排気、除去されやすくなるために、次のエッチング処理への影響をより少なくすることが可能となる。したがって、エッチング条件が数Ｐａ程度の比較的圧力が高い条件である場合には、付加するステップ３は低圧化することが望ましい。
【００２１】
なお、プラズマの生成位置は、図２に示すソレノイドコイル７の位置およびソレノイドコイルに流す電流値によって制御することが可能である。すでに述べたように、元のエッチング処理に処理ステップを付加したことによってポリシリコン２エッチング後の下地１やレジストマスク３を余計にエッチングすることになる。選択比が不足していたり下地膜やレジストの膜厚が薄いような場合には、ソレノイドコイルに流す電流値を制御してプラズマ生成位置を基板から遠ざけることにより、前記悪影響を抑制することができる。
【００２２】
以上は、加工のためのマスクとしてフォトレジストを使用した例を挙げて説明したが、シリコン酸化膜や窒化ケイ素をマスクとした、いわゆるハードマスクであっても同様の効果を得ることができる。
【００２３】
以上説明したようにエッチング処理中に、効率良く前のウエハ処理によって発生したエッチング生成物の影響を除去することができるために、再現性のよいエッチング加工が可能となる。また、エッチング生成物が装置内壁に蓄積することがないので、低異物の装置を実現できる。さらに、エッチング処理の合間にクリーニング処理を設けていた従来の方法に比べて、高い生産性を達成することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、エッチング処理中に、前のウエハ処理によって発生したエッチング生成物の影響を除去することができるため、再現性のよい高効率のエッチング加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体素子の製造方法を説明する図。
【図２】本発明の製造方法を実施するに用いるドライエッチング装置を示す図。
【符号の説明】
１  シリコン基板
２  ポリシリコン
３  フォトレジスト
４  プラズマ
５  エッチング処理室
５’  処理室内壁面
６  導波管
７  ソレノイドコイル
８  エッチングガス導入管
９  シャワー穴
１０  基板ステージ
１１  温度調節機構
１２  高周波電源
１３  直流電源
１４  真空排気口
１５  アース
【図１】
0003892744.tif 000002
【図２】
0003892744.tif 000003