等離子體處理方法以及等離子體處理裝置制造方法

等離子體處理方法以及等離子體處理裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種隨著等離子體處理時(shí)間的經(jīng)過，使等離子體的離解狀態(tài)逐漸地變化，從而能夠進(jìn)行期望的等離子體處理的等離子體處理方法以及等離子體處理裝置。在本發(fā)明中，在使用具備對(duì)試樣進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理室、供給等離子體生成用的第一高頻電力的第一高頻電源、以及對(duì)載置所述試樣的試樣臺(tái)供給第二高頻電力的第二高頻電源的等離子體處理裝置的等離子體處理方法中，通過第一脈沖對(duì)所述第一高頻電力進(jìn)行調(diào)制，通過隨著等離子體處理時(shí)間的經(jīng)過逐漸地控制所述第一脈沖的占空比，將等離子體的離解狀態(tài)控制為期望的離解狀態(tài)。
【專利說明】等離子體處理方法以及等離子體處理裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件的等離子體處理方法以及等離子體處理裝置，特別涉及為 了等離子體處理的高精度化而對(duì)等離子體進(jìn)行脈沖調(diào)制的等離子體處理方法以及等離子 體處理裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨半導(dǎo)體元件的微細(xì)化，被稱為Fin Field Effect Transistor (以下，稱為 Fin-FET )的三維構(gòu)造的晶體管開始了量產(chǎn)化。與其對(duì)應(yīng)地，在作為微細(xì)化的關(guān)鍵的干蝕刻 技術(shù)中，要求進(jìn)一步的微細(xì)化、高縱橫比以及以往的二維構(gòu)造的晶體管中沒有的復(fù)雜形狀 的高精度的蝕刻，需要突破技術(shù)。
[0003] 另外，蝕刻中的縱橫比等加工形狀隨著時(shí)間變化，存在與其形狀對(duì)應(yīng)的最佳的蝕 刻條件，但在以往的大部分的蝕刻方法中，未根據(jù)形狀的變化改變條件。
[0004] 作為在蝕刻中使條件變化的現(xiàn)有技術(shù)，例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開有一種硅構(gòu)造 體的制造方法，具有：第1電力施加工序，該第1電力施加工序在使用交替導(dǎo)入蝕刻氣體和 有機(jī)堆積物形成氣體而形成的等離子體對(duì)硅基板進(jìn)行蝕刻的過程中，在從該蝕刻的開始時(shí) 起規(guī)定時(shí)間內(nèi)，使蝕刻氣體導(dǎo)入時(shí)的向基板的施加電力成為恒定；以及第2電力施加工序， 該第2電力施加工序在經(jīng)過了該規(guī)定時(shí)間之后，使蝕刻氣體導(dǎo)入時(shí)的向基板的施加電力隨 著時(shí)間上升。
[0005] 另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開有將試樣11的蝕刻期間分成例如2個(gè)，在前半(幾十 秒)期間中，進(jìn)行使用了脈沖放電的高電子溫度的蝕刻(模式1)，在后半(數(shù)秒?20秒)期間 中，進(jìn)行通常的低損傷蝕刻(模式2 )。
[0006] 【專利文獻(xiàn)1】日本特開2009-239054號(hào)公報(bào)
[0007] 【專利文獻(xiàn)2】日本特開平2-312227號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 但是，例如，專利文獻(xiàn)1以被稱為micro electro mechanical system(以下，稱為 MEMS)的微小的機(jī)械加工為目的，所以無法應(yīng)用于想要在尺寸精度也是幾微米的級(jí)別的控 制中達(dá)到l〇nm等級(jí)的晶體管的柵加工。
[0009] 另外，專利文獻(xiàn)2記載的技術(shù)以蝕刻速度的提高為目的，所以未考慮隨時(shí)間變化 的精度、放電的穩(wěn)定性即改變電力的范圍等。即，產(chǎn)生如下現(xiàn)象：如果使投入到等離子體的 電力變化，則在某一值下，等離子體搖擺而變得不穩(wěn)定，在某一值的前后，蝕刻速度等特性 不連續(xù)地變化。其起因于伴隨投入電力的變化，等離子體密度變化而電磁波的傳導(dǎo)模式變 化、或者等離子體中的電場(chǎng)分布變化。
[0010] 另外，在蝕刻中使連續(xù)地施加的電力變化的技術(shù)中，以蝕刻速度等特性連續(xù)地變 化某種程度為前提，如果不連續(xù)地變化，則控制變得困難，得不到期望的加工形狀。
[0011] 本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)應(yīng)于10nm等級(jí)的微細(xì)加工的蝕刻技術(shù)。進(jìn)而，確保 蝕刻的穩(wěn)定性來實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)性良好的微細(xì)加工。另外，本發(fā)明鑒于這些，提供一種等離子體處 理方法以及等離子體處理裝置，隨著等離子體處理時(shí)間的經(jīng)過，使等離子體的離解狀態(tài)逐 漸地變化，從而能夠進(jìn)行期望的等離子體處理。
[0012] 本發(fā)明提供一種等離子體處理方法，是使用等離子體處理裝置的等離子體處理方 法，所述等離子體處理裝置具備：對(duì)試樣進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理室、供給等離子 體生成用的第一高頻電力的第一高頻電源以及對(duì)載置所述試樣的試樣臺(tái)供給第二高頻電 力的第二高頻電源，所述等離子體處理方法的特征在于：通過第一脈沖對(duì)所述第一高頻電 力進(jìn)行調(diào)制，通過隨著等離子體處理時(shí)間的經(jīng)過逐漸地控制所述第一脈沖的占空比，將等 離子體的離解狀態(tài)控制為期望的離解狀態(tài)。
[0013] 另外，本發(fā)明提供一種等離子體處理裝置，具備：對(duì)試樣進(jìn)行等離子體處理的等離 子體處理室、供給等離子體生成用的第一高頻電力的第一高頻電源、發(fā)生用于對(duì)所述第一 高頻電力進(jìn)行調(diào)制的第一脈沖的第一脈沖發(fā)生器、對(duì)載置所述試樣的試樣臺(tái)供給第二高頻 電力的第二高頻電源以及發(fā)生用于對(duì)所述第二高頻電力進(jìn)行調(diào)制的第二脈沖的第二脈沖 發(fā)生器，所述等離子體處理裝置的特征在于還包括：第一 0N/0FF信號(hào)發(fā)生器，發(fā)生控制所 述第一高頻電源的0N和OFF的信號(hào)；以及第二0N/0FF信號(hào)發(fā)生器，發(fā)生控制所述第二高 頻電源的0N和OFF的信號(hào)，在所述第一脈沖的0N期間時(shí)，在所述第一高頻電源從所述第 一 0N/0FF信號(hào)發(fā)生器接收到OFF信號(hào)的情況下，所述第一高頻電源停止第一高頻電力的供 給。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，隨著等離子體處理時(shí)間的經(jīng)過，使等離子體的離解狀態(tài)逐漸地變化， 從而能夠進(jìn)行期望的等離子體處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是示出用于實(shí)施本發(fā)明的等離子體處理方法的等離子體蝕刻裝置的一個(gè)例 子的概略剖面圖。
[0016] 圖2是示出電力控制部的框圖。
[0017] 圖3是示出調(diào)制第一高頻電源的脈沖波形的圖。
[0018] 圖4是示出實(shí)施例1的等離子體蝕刻結(jié)果的圖。
[0019] 圖5是示出本發(fā)明的占空比的控制方法的圖。
[0020] 圖6是示出實(shí)施例2的等離子體蝕刻結(jié)果的圖。
[0021] 圖7是示出通過使脈沖調(diào)制的反復(fù)頻率變化來控制占空比的例子的圖。
[0022] (符號(hào)說明）
[0023] 101 :腔；102 :晶片；103 :試樣臺(tái)；104 :微波透過窗；105 :波導(dǎo)管；106 :磁控管； 107 :螺線線圈；108 :靜電吸附電源；109 :第二高頻電源；110 :晶片搬入口；111 :氣體導(dǎo)入 口；112 :等離子體；113 :第一高頻電源；114 :電力控制部；201 :微型計(jì)算機(jī)；202 :時(shí)間變 換部；203 :第一脈沖發(fā)生器；204 :第二脈沖發(fā)生器；205 :主時(shí)鐘；206 :脈沖波形；207 :第 一 0N0FF信號(hào)發(fā)生器；208 :第二0N0FF信號(hào)發(fā)生器；401 :含氮的硅膜；402 :多晶硅膜；403 : 氧化膜；404 :硅基板；601 :硅槽；602 :氧化膜；603 :蝕刻殘余。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 最初，參照附圖，說明用于實(shí)施本發(fā)明的等離子體蝕刻裝置的一個(gè)例子。圖1是 在等離子體生成單元中利用了微波和磁場(chǎng)的Electron Cyclotron Resonance (以下，稱為 ECR)型等離子體蝕刻裝置的概略圖。
[0025] ECR型等離子體蝕刻裝置包括：作為等離子體處理室且能夠?qū)?nèi)部進(jìn)行真空排氣 的腔101、載置作為試樣的晶片102的試樣臺(tái)103、設(shè)置于腔101的上表面的石英造的微波 透過窗104、設(shè)置于其上方的波導(dǎo)管105、振蕩微波的磁控管106、對(duì)磁控管106供給高頻電 力的第一高頻電源113、設(shè)置于腔101的周邊的螺線線圈107、和與試樣臺(tái)103連接的靜電 吸附電源108以及第二高頻電源109。
[0026] 晶片102在從晶片搬入口 110被搬入到腔101內(nèi)之后，通過靜電吸附電源108被 靜電吸附到試樣臺(tái)103。接下來，工藝氣體從氣體導(dǎo)入口 111被導(dǎo)入到腔101內(nèi)。腔101內(nèi) 通過真空泵(未圖示）減壓排氣，調(diào)整為規(guī)定的壓力（例如，0. IPa?50Pa)。接下來，從第一 高頻電源113對(duì)磁控管106供給高頻電力而從磁控管106振蕩頻率為2. 45GHz的微波，經(jīng) 由波導(dǎo)管105傳播到腔101內(nèi)。此處，第一高頻電源113能夠?qū)⑦B續(xù)的高頻電力或者被時(shí) 間調(diào)制了的高頻電力中的某一個(gè)供給給磁控管106。
[0027] 通過微波與由螺線線圈107發(fā)生的磁場(chǎng)的作用，處理氣體被激勵(lì)，在晶片102上部 的空間中形成等離子體112。另一方面，通過第二高頻電源109對(duì)試樣臺(tái)103施加偏置，等 離子體112中的離子被垂直地加速并入射到晶片102上。另外，第二高頻電源109能夠?qū)?試樣臺(tái)103施加連續(xù)的偏置電力、或者被時(shí)間調(diào)制了的偏置電力。通過來自等離子體112 的自由基和離子的作用，晶片102被各向異性地蝕刻。
[0028] 由電力控制部114控制等離子體生成用電力或者晶片偏置用電力。圖2示出電力 控制部114的結(jié)構(gòu)。等離子體蝕刻條件（以下，稱為配方）被輸入到微型計(jì)算機(jī)201。與電 力的時(shí)間控制有關(guān)的部分的配方由蝕刻時(shí)間Ts、時(shí)間變化的步幅△ T、微波的脈沖調(diào)制頻 率Fm和其初始占空比Dms、蝕刻結(jié)束時(shí)的占空比Dme、偏置的脈沖調(diào)制頻率Fb、其初始占空 比Dbs、蝕刻結(jié)束時(shí)的占空比Dbe的反復(fù)頻率和占空比構(gòu)成。
[0029] 微型計(jì)算機(jī)201根據(jù)所輸入的配方計(jì)算脈沖調(diào)制了的微波的占空比的時(shí)間變化 Dm(t)、以及脈沖調(diào)制了的偏置的占空比的時(shí)間變化Db(t)。關(guān)于時(shí)間變化，也可以以多次 式、指數(shù)函數(shù)等任意的函數(shù)變化，但通常以一次式即與時(shí)間成比例地增減的控制就足夠。
[0030] 接下來，占空比的時(shí)間變化通過時(shí)間變換部202被變換為微波成為0N時(shí)間Tmon (t)和成為OFF時(shí)間Tmoff (t)、偏置成為ON時(shí)間Tbon (t)和偏置成為OFF時(shí)間Tboff (t) 的值，Tmon (t)和Tmoff (t)被送到第一脈沖發(fā)生器203，Tbon (t)和Tboff (t)被送到 第二脈沖發(fā)生器204。
[0031] 在第一脈沖發(fā)生器203中依照所接收到的信號(hào)發(fā)生對(duì)第一高頻電源113的輸出進(jìn) 行脈沖調(diào)制的信號(hào)，第二脈沖發(fā)生器204依照所接收到的信號(hào)發(fā)生對(duì)第二高頻電源109的 輸出進(jìn)行脈沖調(diào)制的信號(hào)。另外，為了取得第一高頻電源113和第二高頻電源109的輸出 的同步，設(shè)置有主時(shí)鐘205。主時(shí)鐘205的振蕩頻率只要比脈沖頻率充分大則可以是任意 值，在本實(shí)施例中設(shè)為400kHz。
[0032] 主時(shí)鐘205的輸出被輸入到第一脈沖發(fā)生器203和第二脈沖發(fā)生器204,使發(fā)生脈 沖波形的定時(shí)與主時(shí)鐘205的頻率同步，從而取得等離子體調(diào)制和偏置調(diào)制的同步。進(jìn)而， 主時(shí)鐘205的輸出還兼作第二高頻電源109的頻率，對(duì)第二脈沖發(fā)生器204和主時(shí)鐘205 的輸出進(jìn)行乘法而得到的波形通過第二高頻電源109被進(jìn)行放大，施加到晶片102。
[0033] 接下來，根據(jù)圖3,說明對(duì)從第一高頻電源113供給的高頻電力進(jìn)行調(diào)制的脈沖波 形206。另外，在圖3的脈沖波形以及以下的動(dòng)作說明中，為了說明簡(jiǎn)化了數(shù)值。圖3是將蝕 刻時(shí)間Ts設(shè)定為6s、將時(shí)間變化的步幅Td設(shè)定為Is、將微波的調(diào)制頻率Fm設(shè)定為0. 5Hz、 將初始占空比Dms設(shè)定為100%、將結(jié)束時(shí)的占空比Dme設(shè)定為50%的情況的脈沖波形。
[0034] 通過該配方，微型計(jì)算機(jī)201分成Ts/Td=6、即6次使占空比從100%與時(shí)間成比 例地減少至50%。即，微型計(jì)算機(jī)201計(jì)算針對(duì)每Is使占空比減少10%。由于脈沖頻率Fm 是0. 5Hz，所以關(guān)于Td，在Is的期間發(fā)生2次脈沖。即，脈沖波形最初在Is的期間以占空 比100%發(fā)送2次，在接下來的Is的期間發(fā)送2次占空比90%的脈沖，在接下來的Is的期 間發(fā)送2次占空比80%的脈沖，以下反復(fù)，在最后的Is的期間發(fā)送2次占空比50%的脈沖 而結(jié)束。
[0035] 依照該脈沖，磁控管106使其輸出0N/0FF而發(fā)送。如果將磁控管的0N期間的高 頻電力Pm獨(dú)立地進(jìn)行配方輸入，例如將Pm設(shè)定為1000W，則平均高頻電力在6s的期間從 1000W以100W步幅減少至500W。另外，平均高頻電力成為通過Pm和占空比之積求出的值。
[0036] 以上的動(dòng)作說明了對(duì)從第一高頻電源113供給的高頻電力進(jìn)行調(diào)制的情況，但在 對(duì)從第二高頻電源109供給的高頻電力進(jìn)行調(diào)制的情況下也進(jìn)行同樣的動(dòng)作。另外，從第 一高頻電源113供給的高頻電力和從第二高頻電源109供給的高頻電力可獨(dú)立地控制，所 以關(guān)于從第二高頻電源109供給的高頻電力，也可以不進(jìn)行脈沖調(diào)制而原樣地連續(xù)輸出。
[0037] 表1示出對(duì)如以上那樣使微波的電力在蝕刻時(shí)間內(nèi)變化的情況的放電的穩(wěn)定性 進(jìn)行測(cè)定而得到的結(jié)果。在表1中，根據(jù)閃變的大小，評(píng)價(jià)了目視觀察的等離子體發(fā)光強(qiáng)度 的變化。在氣體中，使用Cl 2氣體、02氣體、以及HBr氣體的混合氣體，壓力是0. 5Pa。在使 Pm成為1000W變更占空比而變更微波電力的情況下，在所有區(qū)域中，放電穩(wěn)定，但在如以往 那樣使Pm減少了的情況下，在700至800W時(shí)發(fā)生放電不穩(wěn)定。即，在以往方法中，無法實(shí) 現(xiàn)高精度的蝕刻。
[0038] 另外，關(guān)于Pm，只要被設(shè)定于在連續(xù)放電時(shí)穩(wěn)定地放電的值的范圍，也可以與占空 比一起變化。產(chǎn)生放電不穩(wěn)定的微波電力依賴于氣體的種類和壓力等放電條件，所以需要 每次測(cè)定放電的穩(wěn)定性。
[0039]【表1】
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種等離子體處理方法，是使用等離子體處理裝置的等離子體處理方法，所述等離 子體處理裝置具備：對(duì)試樣進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理室、供給等離子體生成用的 第一高頻電力的第一高頻電源以及對(duì)載置所述試樣的試樣臺(tái)供給第二高頻電力的第二高 頻電源，所述等離子體處理方法的特征在于： 通過第一脈沖對(duì)所述第一高頻電力進(jìn)行調(diào)制， 通過隨著等離子體處理時(shí)間的經(jīng)過逐漸地控制所述第一脈沖的占空比，將等離子體的 離解狀態(tài)控制為期望的離解狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于：基于所述試樣的蝕刻形狀 控制所述占空比。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于：設(shè)所述脈沖的ON期間的第 一高頻電力為能夠穩(wěn)定地生成等離子體的電力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于： 通過第二脈沖對(duì)所述第二高頻電力進(jìn)行調(diào)制， 在所述第二脈沖的ON期間，所述第一脈沖也是ON期間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于： 通過第二脈沖對(duì)所述第二高頻電力進(jìn)行調(diào)制， 使所述第一脈沖的占空比隨著所述等離子體處理時(shí)間的經(jīng)過而逐漸地減少， 使所述第二脈沖的占空比隨著所述等離子體處理時(shí)間的經(jīng)過而逐漸地增加。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于： 通過第二脈沖對(duì)所述第二高頻電力進(jìn)行調(diào)制， 使所述第一脈沖的占空比隨著所述等離子體處理時(shí)間的經(jīng)過而逐漸地增加， 使所述第二脈沖的占空比隨著所述等離子體處理時(shí)間的經(jīng)過而逐漸地減少。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于：通過使所述第一脈沖的ON 期間成為恒定而變更OFF期間來控制占空比。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于：通過使所述第一脈沖的OFF 期間成為恒定而變更ON期間來控制占空比。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體處理方法，其特征在于：所述等離子體是使用CHF3 氣體、CO氣體以及H2氣體的混合氣體、CHF3氣體、C02氣體以及H 2氣體的混合氣體、C2F6氣 體、C0氣體以及H2氣體的混合氣體、或者C 2F6氣體、C02氣體以及H2氣體的混合氣體中的某 一個(gè)而生成的。
10. -種等離子體處理方法，是使用等離子體處理裝置的等離子體處理方法，所述等離 子體處理裝置具備：對(duì)試樣進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理室、供給等離子體生成用的 第一高頻電力的第一高頻電源以及對(duì)載置所述試樣的試樣臺(tái)供給第二高頻電力的第二高 頻電源，所述離子體處理方法的特征在于： 通過第一脈沖對(duì)所述第一高頻電力進(jìn)行調(diào)制， 通過基于所述試樣的蝕刻深度或者等離子體的阻抗控制所述第一脈沖的占空比而將 等離子體的離解狀態(tài)控制為期望的離解狀態(tài)。
11. 一種等離子體處理裝置，具備：對(duì)試樣進(jìn)行等離子體處理的等離子體處理室、供給 等離子體生成用的第一高頻電力的第一高頻電源、發(fā)生用于對(duì)所述第一高頻電力進(jìn)行調(diào)制 的第一脈沖的第一脈沖發(fā)生器、對(duì)載置所述試樣的試樣臺(tái)供給第二高頻電力的第二高頻電 源以及發(fā)生用于對(duì)所述第二高頻電力進(jìn)行調(diào)制的第二脈沖的第二脈沖發(fā)生器，所述等離子 體處理裝置的特征在于還包括： 第一 ΟΝ/OFF信號(hào)發(fā)生器，發(fā)生控制所述第一高頻電源的ON和OFF的信號(hào)；以及 第二0N/0FF信號(hào)發(fā)生器，發(fā)生控制所述第二高頻電源的ON和OFF的信號(hào)， 在所述第一脈沖的ON期間時(shí)，在所述第一高頻電源從所述第一 0N/0FF信號(hào)發(fā)生器接 收到OFF信號(hào)的情況下，所述第一高頻電源停止第一高頻電力的供給。
【文檔編號(hào)】H01J37/32GK104103486SQ201310330382
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月9日
【發(fā)明者】武藤悟, 小野哲郎, 大越康雄, 永德宏文 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立高新技術(shù)