等离子体处理方法以及等离子体处理装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104103486 A (43)申请公布日 2014.10.15 CN 104103486 A (21)申请号 201310330382.X (22)申请日 2013.08.01 2013-080901 2013.04.09 JP H01J 37/32(2006.01) (71)申请人 株式会社日立高新技术 地址 日本东京都 (72)发明人 武藤悟 小野哲郎 大越康雄 永德宏文 (74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代理人 许海兰 (54) 发明名称 等离子体处理方法以及等离子体处理装置 (57) 摘要 本发明提供一种随着等离子体处。

2、理时间的经 过， 使等离子体的离解状态逐渐地变化， 从而能够 进行期望的等离子体处理的等离子体处理方法以 及等离子体处理装置。在本发明中， 在使用具备 对试样进行等离子体处理的等离子体处理室、 供 给等离子体生成用的第一高频电力的第一高频电 源、 以及对载置所述试样的试样台供给第二高频 电力的第二高频电源的等离子体处理装置的等离 子体处理方法中， 通过第一脉冲对所述第一高频 电力进行调制， 通过随着等离子体处理时间的经 过逐渐地控制所述第一脉冲的占空比， 将等离子 体的离解状态控制为期望的离解状态。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 11 页 附图 6 页。

3、 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书11页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104103486 A CN 104103486 A 1/2 页 2 1. 一种等离子体处理方法， 是使用等离子体处理装置的等离子体处理方法， 所述等离 子体处理装置具备 ： 对试样进行等离子体处理的等离子体处理室、 供给等离子体生成用的 第一高频电力的第一高频电源以及对载置所述试样的试样台供给第二高频电力的第二高 频电源， 所述等离子体处理方法的特征在于 ： 通过第一脉冲对所述第一高频电力进行调制， 通过随着等离子体处理时间的经过逐渐地控制所述第一脉冲的占空比， 将。

4、等离子体的 离解状态控制为期望的离解状态。 2. 根据权利要求 1 所述的等离子体处理方法， 其特征在于 ： 基于所述试样的蚀刻形状 控制所述占空比。 3. 根据权利要求 1 所述的等离子体处理方法， 其特征在于 ： 设所述脉冲的 ON 期间的第 一高频电力为能够稳定地生成等离子体的电力。 4. 根据权利要求 1 所述的等离子体处理方法， 其特征在于 ： 通过第二脉冲对所述第二高频电力进行调制， 在所述第二脉冲的 ON 期间， 所述第一脉冲也是 ON 期间。 5. 根据权利要求 1 所述的等离子体处理方法， 其特征在于 ： 通过第二脉冲对所述第二高频电力进行调制， 使所述第一脉冲的占空比随着所。

5、述等离子体处理时间的经过而逐渐地减少， 使所述第二脉冲的占空比随着所述等离子体处理时间的经过而逐渐地增加。 6. 根据权利要求 1 所述的等离子体处理方法， 其特征在于 ： 通过第二脉冲对所述第二高频电力进行调制， 使所述第一脉冲的占空比随着所述等离子体处理时间的经过而逐渐地增加， 使所述第二脉冲的占空比随着所述等离子体处理时间的经过而逐渐地减少。 7. 根据权利要求 1 所述的等离子体处理方法， 其特征在于 ： 通过使所述第一脉冲的 ON 期间成为恒定而变更 OFF 期间来控制占空比。 8.根据权利要求1所述的等离子体处理方法， 其特征在于 ： 通过使所述第一脉冲的OFF 期间成为恒定而变更。

6、 ON 期间来控制占空比。 9. 根据权利要求 1 所述的等离子体处理方法， 其特征在于 ： 所述等离子体是使用 CHF3 气体、 CO 气体以及 H2气体的混合气体、 CHF3气体、 CO2气体以及 H2气体的混合气体、 C2F6气 体、 CO 气体以及 H2气体的混合气体、 或者 C2F6气体、 CO2气体以及 H2气体的混合气体中的某 一个而生成的。 10. 一种等离子体处理方法， 是使用等离子体处理装置的等离子体处理方法， 所述等离 子体处理装置具备 ： 对试样进行等离子体处理的等离子体处理室、 供给等离子体生成用的 第一高频电力的第一高频电源以及对载置所述试样的试样台供给第二高频电力。

7、的第二高 频电源， 所述离子体处理方法的特征在于 ： 通过第一脉冲对所述第一高频电力进行调制， 通过基于所述试样的蚀刻深度或者等离子体的阻抗控制所述第一脉冲的占空比而将 等离子体的离解状态控制为期望的离解状态。 11. 一种等离子体处理装置， 具备 ： 对试样进行等离子体处理的等离子体处理室、 供给 等离子体生成用的第一高频电力的第一高频电源、 发生用于对所述第一高频电力进行调制 权 利 要 求 书 CN 104103486 A 2 2/2 页 3 的第一脉冲的第一脉冲发生器、 对载置所述试样的试样台供给第二高频电力的第二高频电 源以及发生用于对所述第二高频电力进行调制的第二脉冲的第二脉冲发生。

8、器， 所述等离子 体处理装置的特征在于还包括 ： 第一 ON/OFF 信号发生器， 发生控制所述第一高频电源的 ON 和 OFF 的信号 ； 以及 第二 ON/OFF 信号发生器， 发生控制所述第二高频电源的 ON 和 OFF 的信号， 在所述第一脉冲的 ON 期间时， 在所述第一高频电源从所述第一 ON/OFF 信号发生器接 收到 OFF 信号的情况下， 所述第一高频电源停止第一高频电力的供给。 权 利 要 求 书 CN 104103486 A 3 1/11 页 4 等离子体处理方法以及等离子体处理装置 技术领域 0001 本发明涉及半导体元件的等离子体处理方法以及等离子体处理装置， 特别涉。

9、及为 了等离子体处理的高精度化而对等离子体进行脉冲调制的等离子体处理方法以及等离子 体处理装置。 背景技术 0002 伴随半导体元件的微细化， 被称为 Fin Field Effect Transistor（以下， 称为 Fin-FET） 的三维构造的晶体管开始了量产化。与其对应地， 在作为微细化的关键的干蚀刻 技术中， 要求进一步的微细化、 高纵横比以及以往的二维构造的晶体管中没有的复杂形状 的高精度的蚀刻， 需要突破技术。 0003 另外， 蚀刻中的纵横比等加工形状随着时间变化， 存在与其形状对应的最佳的蚀 刻条件， 但在以往的大部分的蚀刻方法中， 未根据形状的变化改变条件。 0004 作。

10、为在蚀刻中使条件变化的现有技术， 例如， 在专利文献 1 中， 公开有一种硅构造 体的制造方法， 具有 ： 第 1 电力施加工序， 该第 1 电力施加工序在使用交替导入蚀刻气体和 有机堆积物形成气体而形成的等离子体对硅基板进行蚀刻的过程中， 在从该蚀刻的开始时 起规定时间内， 使蚀刻气体导入时的向基板的施加电力成为恒定 ； 以及第 2 电力施加工序， 该第 2 电力施加工序在经过了该规定时间之后， 使蚀刻气体导入时的向基板的施加电力随 着时间上升。 0005 另外， 在专利文献 2 中， 公开有将试样 11 的蚀刻期间分成例如 2 个， 在前半 （几十 秒） 期间中， 进行使用了脉冲放电的高电。

11、子温度的蚀刻 （模式 1） ， 在后半 （数秒 20 秒） 期间 中， 进行通常的低损伤蚀刻 （模式 2） 。 0006 【专利文献 1】 日本特开 2009-239054 号公报 0007 【专利文献 2】 日本特开平 2-312227 号公报 发明内容 0008 但是， 例如， 专利文献 1 以被称为 micro electro mechanical system （以下， 称为 MEMS） 的微小的机械加工为目的， 所以无法应用于想要在尺寸精度也是几微米的级别的控 制中达到 10nm 等级的晶体管的栅加工。 0009 另外， 专利文献 2 记载的技术以蚀刻速度的提高为目的， 所以未考虑随。

12、时间变化 的精度、 放电的稳定性即改变电力的范围等。即， 产生如下现象 ： 如果使投入到等离子体的 电力变化， 则在某一值下， 等离子体摇摆而变得不稳定， 在某一值的前后， 蚀刻速度等特性 不连续地变化。其起因于伴随投入电力的变化， 等离子体密度变化而电磁波的传导模式变 化、 或者等离子体中的电场分布变化。 0010 另外， 在蚀刻中使连续地施加的电力变化的技术中， 以蚀刻速度等特性连续地变 化某种程度为前提， 如果不连续地变化， 则控制变得困难， 得不到期望的加工形状。 0011 本发明的目的在于提供一种对应于 10nm 等级的微细加工的蚀刻技术。进而， 确保 说 明 书 CN 104103。

13、486 A 4 2/11 页 5 蚀刻的稳定性来实现再现性良好的微细加工。 另外， 本发明鉴于这些， 提供一种等离子体处 理方法以及等离子体处理装置， 随着等离子体处理时间的经过， 使等离子体的离解状态逐 渐地变化， 从而能够进行期望的等离子体处理。 0012 本发明提供一种等离子体处理方法， 是使用等离子体处理装置的等离子体处理方 法， 所述等离子体处理装置具备 ： 对试样进行等离子体处理的等离子体处理室、 供给等离子 体生成用的第一高频电力的第一高频电源以及对载置所述试样的试样台供给第二高频电 力的第二高频电源， 所述等离子体处理方法的特征在于 ： 通过第一脉冲对所述第一高频电 力进行调制。

14、， 通过随着等离子体处理时间的经过逐渐地控制所述第一脉冲的占空比， 将等 离子体的离解状态控制为期望的离解状态。 0013 另外， 本发明提供一种等离子体处理装置， 具备 ： 对试样进行等离子体处理的等离 子体处理室、 供给等离子体生成用的第一高频电力的第一高频电源、 发生用于对所述第一 高频电力进行调制的第一脉冲的第一脉冲发生器、 对载置所述试样的试样台供给第二高频 电力的第二高频电源以及发生用于对所述第二高频电力进行调制的第二脉冲的第二脉冲 发生器， 所述等离子体处理装置的特征在于还包括 ： 第一 ON/OFF 信号发生器， 发生控制所 述第一高频电源的 ON 和 OFF 的信号 ； 以及。

15、第二 ON/OFF 信号发生器， 发生控制所述第二高 频电源的 ON 和 OFF 的信号， 在所述第一脉冲的 ON 期间时， 在所述第一高频电源从所述第 一ON/OFF信号发生器接收到OFF信号的情况下， 所述第一高频电源停止第一高频电力的供 给。 0014 根据本发明， 随着等离子体处理时间的经过， 使等离子体的离解状态逐渐地变化， 从而能够进行期望的等离子体处理。 附图说明 0015 图 1 是示出用于实施本发明的等离子体处理方法的等离子体蚀刻装置的一个例 子的概略剖面图。 0016 图 2 是示出电力控制部的框图。 0017 图 3 是示出调制第一高频电源的脉冲波形的图。 0018 图 。

16、4 是示出实施例 1 的等离子体蚀刻结果的图。 0019 图 5 是示出本发明的占空比的控制方法的图。 0020 图 6 是示出实施例 2 的等离子体蚀刻结果的图。 0021 图 7 是示出通过使脉冲调制的反复频率变化来控制占空比的例子的图。 0022 （符号说明） 0023 101 ： 腔 ； 102 ： 晶片 ； 103 ： 试样台 ； 104 ： 微波透过窗 ； 105 ： 波导管 ； 106 ： 磁控管 ； 107 ： 螺线线圈 ； 108 ： 静电吸附电源 ； 109 ： 第二高频电源 ； 110 ： 晶片搬入口 ； 111 ： 气体导入 口 ； 112 ： 等离子体 ； 113 ：。

17、 第一高频电源 ； 114 ： 电力控制部 ； 201 ： 微型计算机 ； 202 ： 时间变 换部 ； 203 ： 第一脉冲发生器 ； 204 ： 第二脉冲发生器 ； 205 ： 主时钟 ； 206 ： 脉冲波形 ； 207 ： 第 一 ONOFF 信号发生器 ； 208 ： 第二 ONOFF 信号发生器 ； 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 ： 蚀刻残余。 具体实施方式 说 明 书 CN 104103486 A 5 3/11 页 6 0024 最初， 参照附图， 说明用。

18、于实施本发明的等离子体蚀刻装置的一个例子。图 1 是 在等离子体生成单元中利用了微波和磁场的 Electron Cyclotron Resonance（以下， 称为 ECR） 型等离子体蚀刻装置的概略图。 0025 ECR 型等离子体蚀刻装置包括 ： 作为等离子体处理室且能够对内部进行真空排气 的腔 101、 载置作为试样的晶片 102 的试样台 103、 设置于腔 101 的上表面的石英造的微波 透过窗 104、 设置于其上方的波导管 105、 振荡微波的磁控管 106、 对磁控管 106 供给高频电 力的第一高频电源 113、 设置于腔 101 的周边的螺线线圈 107、 和与试样台 10。

19、3 连接的静电 吸附电源 108 以及第二高频电源 109。 0026 晶片 102 在从晶片搬入口 110 被搬入到腔 101 内之后， 通过静电吸附电源 108 被 静电吸附到试样台 103。接下来， 工艺气体从气体导入口 111 被导入到腔 101 内。腔 101 内 通过真空泵 （未图示） 减压排气， 调整为规定的压力 （例如， 0.1Pa 50Pa） 。接下来， 从第一 高频电源 113 对磁控管 106 供给高频电力而从磁控管 106 振荡频率为 2.45GHz 的微波， 经 由波导管 105 传播到腔 101 内。此处， 第一高频电源 113 能够将连续的高频电力或者被时 间调制。

20、了的高频电力中的某一个供给给磁控管 106。 0027 通过微波与由螺线线圈107发生的磁场的作用， 处理气体被激励， 在晶片102上部 的空间中形成等离子体 112。另一方面， 通过第二高频电源 109 对试样台 103 施加偏置， 等 离子体 112 中的离子被垂直地加速并入射到晶片 102 上。另外， 第二高频电源 109 能够对 试样台 103 施加连续的偏置电力、 或者被时间调制了的偏置电力。通过来自等离子体 112 的自由基和离子的作用， 晶片 102 被各向异性地蚀刻。 0028 由电力控制部 114 控制等离子体生成用电力或者晶片偏置用电力。图 2 示出电力 控制部 114 的。

21、结构。等离子体蚀刻条件 （以下， 称为配方） 被输入到微型计算机 201。与电 力的时间控制有关的部分的配方由蚀刻时间 Ts、 时间变化的步幅 T、 微波的脉冲调制频 率 Fm 和其初始占空比 Dms、 蚀刻结束时的占空比 Dme、 偏置的脉冲调制频率 Fb、 其初始占空 比 Dbs、 蚀刻结束时的占空比 Dbe 的反复频率和占空比构成。 0029 微型计算机 201 根据所输入的配方计算脉冲调制了的微波的占空比的时间变化 Dm （t） 、 以及脉冲调制了的偏置的占空比的时间变化 Db （t） 。关于时间变化， 也可以以多次 式、 指数函数等任意的函数变化， 但通常以一次式即与时间成比例地增减。

22、的控制就足够。 0030 接下来， 占空比的时间变化通过时间变换部 202 被变换为微波成为 ON 时间 Tmon （t） 和成为 OFF 时间 Tmoff（t） 、 偏置成为 ON 时间 Tbon（t） 和偏置成为 OFF 时间 Tboff（t） 的值， Tmon（t） 和 Tmoff（t） 被送到第一脉冲发生器 203， Tbon（t） 和 Tboff（t） 被送到 第二脉冲发生器 204。 0031 在第一脉冲发生器203中依照所接收到的信号发生对第一高频电源113的输出进 行脉冲调制的信号， 第二脉冲发生器 204 依照所接收到的信号发生对第二高频电源 109 的 输出进行脉冲调制的信。

23、号。另外， 为了取得第一高频电源 113 和第二高频电源 109 的输出 的同步， 设置有主时钟 205。主时钟 205 的振荡频率只要比脉冲频率充分大则可以是任意 值， 在本实施例中设为 400kHz。 0032 主时钟205的输出被输入到第一脉冲发生器203和第二脉冲发生器204， 使发生脉 冲波形的定时与主时钟 205 的频率同步， 从而取得等离子体调制和偏置调制的同步。进而， 主时钟 205 的输出还兼作第二高频电源 109 的频率， 对第二脉冲发生器 204 和主时钟 205 说 明 书 CN 104103486 A 6 4/11 页 7 的输出进行乘法而得到的波形通过第二高频电源 。

24、109 被进行放大， 施加到晶片 102。 0033 接下来， 根据图 3， 说明对从第一高频电源 113 供给的高频电力进行调制的脉冲波 形206。 另外， 在图3的脉冲波形以及以下的动作说明中， 为了说明简化了数值。 图3是将蚀 刻时间Ts设定为6s、 将时间变化的步幅Td设定为1s、 将微波的调制频率Fm设定为0.5Hz、 将初始占空比 Dms 设定为 100%、 将结束时的占空比 Dme 设定为 50% 的情况的脉冲波形。 0034 通过该配方， 微型计算机 201 分成 Ts/Td=6、 即 6 次使占空比从 100% 与时间成比 例地减少至 50%。即， 微型计算机 201 计算针。

25、对每 1s 使占空比减少 10%。由于脉冲频率 Fm 是 0.5Hz， 所以关于 Td， 在 1s 的期间发生 2 次脉冲。即， 脉冲波形最初在 1s 的期间以占空 比 100% 发送 2 次， 在接下来的 1s 的期间发送 2 次占空比 90% 的脉冲， 在接下来的 1s 的期 间发送 2 次占空比 80% 的脉冲， 以下反复， 在最后的 1s 的期间发送 2 次占空比 50% 的脉冲 而结束。 0035 依照该脉冲， 磁控管 106 使其输出 ON/OFF 而发送。如果将磁控管的 ON 期间的高 频电力 Pm 独立地进行配方输入， 例如将 Pm 设定为 1000W， 则平均高频电力在 6s。

26、 的期间从 1000W 以 100W 步幅减少至 500W。另外， 平均高频电力成为通过 Pm 和占空比之积求出的值。 0036 以上的动作说明了对从第一高频电源 113 供给的高频电力进行调制的情况， 但在 对从第二高频电源 109 供给的高频电力进行调制的情况下也进行同样的动作。另外， 从第 一高频电源 113 供给的高频电力和从第二高频电源 109 供给的高频电力可独立地控制， 所 以关于从第二高频电源 109 供给的高频电力， 也可以不进行脉冲调制而原样地连续输出。 0037 表 1 示出对如以上那样使微波的电力在蚀刻时间内变化的情况的放电的稳定性 进行测定而得到的结果。在表 1 中，。

27、 根据闪变的大小， 评价了目视观察的等离子体发光强度 的变化。在气体中， 使用 Cl2气体、 O2气体、 以及 HBr 气体的混合气体， 压力是 0.5Pa。在使 Pm 成为 1000W 变更占空比而变更微波电力的情况下， 在所有区域中， 放电稳定， 但在如以往 那样使 Pm 减少了的情况下， 在 700 至 800W 时发生放电不稳定。即， 在以往方法中， 无法实 现高精度的蚀刻。 0038 另外， 关于 Pm， 只要被设定于在连续放电时稳定地放电的值的范围， 也可以与占空 比一起变化。产生放电不稳定的微波电力依赖于气体的种类和压力等放电条件， 所以需要 每次测定放电的稳定性。 0039 【。

28、表 1】 0040 0041 此处， 表示放电稳定、 表示放电的闪变小、 表示放电的闪变大。 0042 另外， 对第一高频电源 113 与脉冲波形独立地输入第一电源 ON/OFF 信号发生器 207 的输出， 对第二高频电源 109 与脉冲波形独立地输入第二电源 ON/OFF 信号发生器 208 的输出。其目的在于 ： 为了安全， 即使在电力控制部 114 中发生异常而从第一脉冲发生器 203、 第二脉冲发生器 204 连续输出了 ON 信号的情况下， 也与其独立地切断电力。 说 明 书 CN 104103486 A 7 5/11 页 8 0043 在第一 ON/OFF 信号发生器 207 中。

29、， 通过与配方独立的系统输入蚀刻时间的信息， 控制第一高频电源 113 的 ON/OFF， 第一高频电源 113 仅在第一脉冲发生器 203 的脉冲成为 ON 并且第一 ON/OFF 信号发生器 207 的信号成为 ON 时输出。另外， 在第二 ON/OFF 信号发生 器 208 中， 通过与配方独立的系统输入蚀刻时间的信息， 控制第二高频电源 109 的 ON/OFF， 第二高频电源 109 仅在第二脉冲发生器 204 的脉冲成为 ON 并且第二 ON/OFF 信号发生器 208 的信号成为 ON 时输出。通过这样的结构， 能够防止蚀刻异常甚至等离子体蚀刻装置的 破损事故。 0044 【实施。

30、例 1】 0045 以下说明本发明的等离子体蚀刻方法的具体的实施例。使用图 1 所示的微波 ECR 等离子体蚀刻装置进行了本实施例的等离子体蚀刻处理。另外， 本实施例是通过等离子体 蚀刻形成了多晶硅 （Poly-Si） 栅的例子。 0046 蚀刻前的多晶硅栅构造如图 4（a） 所示， 成为从上依次层叠了作为第一膜的含氮 的硅膜 401、 作为第二膜的多晶硅膜 402、 作为第三膜的氧化膜 403、 以及作为第四膜的硅基 板 404 的构造。另外， 作为第一膜的含氮的硅膜 401 被用作预先被构图为期望的尺寸的槽 图案的掩模。 0047 首先， 通过表 2 所示那样的第 1 步骤的蚀刻条件， 如。

31、图 4（b） 那样， 将含氮的硅膜 401 作为掩模， 将多晶硅膜 402 蚀刻至氧化膜 403 不露出的深度。 0048 【表 2】 0049 蚀刻时间10s Cl2气体140ml/min O2气体16ml/min HBr 气体140ml/min Ar 气体57.6ml/min CH4气体2.4ml/min 处理压力0.6Pa 微波电力750W 偏置电力120W 0050 接下来， 作为表 3 所示那样的第 2 步骤， 在最初的 10 秒钟， 将脉冲调制的 ON 期间 的微波电力和占空比分别设定为 1000W、 100% 而使微波平均电力成为 1000W。在接下来的 10秒钟， 将脉冲调制的。

32、ON期间的微波电力和占空比分别设定为1000W、 90%而使微波平均电 力成为900W。 进而， 在接下来的10秒钟， 将脉冲调制的ON期间的微波电力和占空比分别设 定为 1000W、 80% 而使微波平均电力成为 800W。 说 明 书 CN 104103486 A 8 6/11 页 9 0051 这样依次针对每 10 秒使脉冲调制的 ON 期间的微波电力依旧维持为 1000W 而使占 空比降低， 同时在最后的 10 秒钟， 将脉冲调制的 ON 期间的微波电力和占空比分别设定为 1000W、 50% 而使微波平均电力成为 500W。这样在调整占空比的同时针对每 10 秒使微波平 均电力从 1。

33、000W 降低至 500W 而对第 1 步骤后的多晶硅膜 402 的剩余的膜进行蚀刻。 0052 【表 3】 0053 蚀刻时间60s 微波的脉冲调制频率 Fm1000Hz 时间变化的幅度 Td10s 初始占空比 Dms100% 结束时占空比 Dme50% O2气体5ml/min HBr 气体190ml/min Ar 气体48ml/min CH4气体2ml/min 处理压力0.35Pa 脉冲调制的 ON 的期间的微波电力1000W 偏置电力40W 0054 进行了上述第 1 步骤和第 2 步骤的蚀刻的结果， 如图 4（d） 所示， 进行了抑制氧化 膜 403 的切削且还没有对吞吐量的影响以及没。

34、有蚀刻残余的处理。另外， 得到这样的效果 的理由如以下所述。 0055 在上述第 2 步骤中， 有必要设为提高与氧化膜 403 的选择比的条件， 所以如表 4 所 示， 如果在针对每 10 秒以使占空比维持为 100% 的状态使微波电力从 1000W 阶段性地减少 至 500W 的蚀刻条件下进行蚀刻， 则如图 4（c） 那样发生多晶硅膜 402 不被蚀刻而残留的部 位。 此处 ： 为了提高与氧化膜403的选择比而使微波电力阶段性地减少的理由在于， 如果仅 以微波电力的 1000W 进行蚀刻， 则难以抑制氧化膜 403 的切削， 如果仅以微波电力的 500W 进行蚀刻， 则虽然切削抑制效果大， 。

35、但蚀刻速率变慢， 对吞吐量造成影响。 即， 同时实现氧化 膜 403 的切削抑制和不对吞吐量造成影响。 0056 【表 4】 0057 说 明 书 CN 104103486 A 9 7/11 页 10 蚀刻时间60s O2气体5ml/min HBr 气体190ml/min Ar 气体48ml/min CH4气体2ml/min 处理压力0.35Pa 微波电力1000W 500W（100W） 偏置电力40W 0058 另外， 如图 4（c） 那样无法将多晶硅膜 402 完全去除的理由被认为在于 ： 如表 1 所 示， 在使微波电力减少的过程中， 放电变得不稳定， 蚀刻没有进行。另一方面， 在表 3。

36、 所示那 样的第 2 步骤的情况下， 通过占空比的控制， 使微波平均电力阶段性地减少， 所以第 2 步骤 的期间中的脉冲调制的 ON 期间的微波电力被维持为 1000W。另外， 如表 1 所示， 1000W 的微 波电力为放电稳定区域的微波电力值， 所以如果使微波电力成为 1000W， 则放电稳定。 0059 由此， 关于表3所示那样的第2步骤的放电， 即使使微波平均电力阶段性地减少仍 稳定地持续。因此， 通过利用表 3 所示那样的第 2 步骤进行蚀刻， 能够得到图 4（d） 那样的 蚀刻形状。 0060 以上， 本实施例是如下所述的等离子体处理方法 ： 在使微波电力随着时间逐渐地 变化时， 。

37、对微波电力进行脉冲调制， 将脉冲调制的 ON 期间的微波电力值设定为等离子体稳 定的区域的值来变更占空比， 从而控制微波平均电力。另外， 通过本实施例， 能够在维持使 等离子体稳定的状态的同时， 使微波平均电力逐渐地变化， 所以能够稳定地进行高精度的 蚀刻。 0061 【实施例 2】 0062 以往技术如专利文献1记载那样主要被用于MEMS。 因此， 加工的尺寸是0.5m左 右， 大于当前2030nm的等级的半导体元件的尺寸。 本发明当然也能够应用于MEMS， 但还 能够应用于 20nm 以下的微细的蚀刻。在本实施例中， 示出向纵横比是 8、 且宽度是 20nm 的 硅的槽中埋入的氧化膜的深蚀。

38、刻工序的应用例。 0063 近年来， Fin-FET 那样的三维构造的晶体管被量产化。关于三维构造元件的蚀刻， 其制造工序与以往的刨削型的晶体管也显著不同， 需要以往没有的技术。微细宽度以及高 纵横比的槽图案的深蚀刻也是其中之一。在本实施例中， 需要不对硅进行蚀刻而去除微细 宽度以及高纵横比的槽内的氧化膜。 0064 在这样的蚀刻中， 适合可实现蚀刻成分和堆积成分的微调整的气体系， 在这样的 气体系中， 有 CHF3气体和 H2气体 CO 气体的混合气体、 或者 C2F6气体、 H2气体以及 CO 气体 的混合气体。另外， 这些混合气体中的 CO 气体也可以是 CO2气体。另外， 也可以在这些。

39、混 合气体中添加 Ar 气体、 Xe 气体、 Kr 气体等稀有气体、 N2 气体。在本实施例中， 如表 5 所示， 说 明 书 CN 104103486 A 10 8/11 页 11 使用 Ar 气体、 CHF3气体、 CO 气体以及 H2气体的混合气体， 使压力成为 0.5Pa。另外， 表 5 中 的 Toe 表示过蚀刻的时间， 在本实施例中， 维持最终占空比的状态而进行 30s 的过蚀刻。 0065 【表 5】 0066 蚀刻时间 Ts360s 时间变化的幅度 Td7.2s 过蚀刻时间 Toe30s 微波的脉冲调制频率 Fm1000Hz 微波电力初始占空比 Dms100% 微波电力结束时占。

40、空比 Dme51% 偏置的脉冲调制频率 Fb1000Hz 偏置电力初始占空比 Dbs20% 偏置电力结束时占空比 Dbe49% Ar 气体200ml/min CHF3气体40ml/min CO 气体10ml/min H2气体10ml/min 处理压力0.5Pa 脉冲调制的 ON 的期间的微波电力800W 脉冲调制的 ON 的期间的偏置电力200W 0067 0068 关于微波电力， 使脉冲调制的ON期间的微波电力成为800W， 使占空比从初始100% 至结束时 51% 为止在作为蚀刻时间 Ts 的 360s 的期间以 7.2s 间隔变化。另外， 关于偏置电 力， 使脉冲调制的 ON 期间的偏置。

41、电力成为 200W， 使占空比从初始 20% 至结束时 49% 以与微 波电力相同时间间隔变化。图 5 示出该情况的微波电力和偏置电力的占空比的时间变化。 0069 关于微波电力的占空比， 针对每 7.2s 每次减少 1%， 微波平均电力从 800W 减少至 408W。 另一方面， 关于偏置电力的占空比， 针对每7.2s每次增加0.5%， 偏置电力的平均电力 从 16W 增加至 98W。通过表 5 所示那样的方法进行蚀刻的结果， 能够得到图 6 （b） 所示那样 的期望的蚀刻形状。此处， 图 6（a） 是硅槽 601 中埋入的蚀刻前的氧化膜 602 的剖面图。 说 明 书 CN 1041034。

42、86 A 11 9/11 页 12 0070 另一方面， 在从初始状态不变更占空比而进行了蚀刻的情况下， 如图 6（c） 那样， 即使延长蚀刻时间， 仍发生无法去除的蚀刻残余 603。其中， 如果蚀刻进行而槽的纵横比渐 渐变大， 则在等离子体中的附着系数大的自由基 （例如， CHx、 CHFx 等） 到达至槽的底部之前 堆积到槽的入口附近， 所以无法确保与蚀刻初始相同的特性。 0071 因此， 如本实施例那样， 在蚀刻中根据蚀刻形状的变化变更等离子体的离解、 偏置 的能量来提高加工精度的方法是有效的。在本实施例中， 随着时间经过减小微波平均电力 来抑制等离子体的离解， 即抑制离解可进行的附着系。

43、数大的自由基的比例， 并且逐渐增大 偏置电力的平均电力而使离子达到至槽底， 从而实现了高纵横比的蚀刻。 0072 另外， 微波电力和偏置电力的增减依赖于所使用的气体系和蚀刻形状， 所以本发 明不限于本实施例。进而， 关于偏置电力， 在 ECR 型等离子体蚀刻装置中， 相比于放电的不 稳定性， 形状和选择比的控制的作用更强， 所以还能够进行使占空比成为恒定来变更脉冲 调制的 ON 期间的电力那样的控制。另外， 如果变更微波电力、 偏置电力并且使气体压力、 气 体组成变化， 则能够实现更高精度的蚀刻。 0073 另外， 在以上的实施例中， 预先设定了蚀刻时间， 但还有根据等离子体中的反应生 成物的。

44、发光强度的变化检测蚀刻的终点的情况。在该情况下， 不设定蚀刻时间 Ts 而设定时 间变化的步幅 Td 和占空比的变化幅度， 使占空比变化根据发光强度决定蚀刻结束时间即 可。也可以设定为仅在比预想的蚀刻结束时间短的时间的期间使占空比变化， 之后维持恒 定的占空比， 并在该期间通过发光强度检测蚀刻的终点。 进而， 也可以在蚀刻气体中混合电 离能量不同的 2 种以上的稀有气体， 并使其混合比随着时间经过变化。 0074 【实施例 3】 0075 接下来， 说明作为等离子体蚀刻时的课题之一的充电损伤的解决手段。 例如， 在图 4 所示的氧化膜 403 是层间绝缘膜等蚀刻停止层的情况下， 充电损伤不会成。

45、为问题， 但在栅 电极形成的情况下， 氧化膜 403 相当于栅绝缘膜。如果对栅绝缘膜施加过度的电压， 则产生 绝缘破坏而成为充电损伤。 0076 伴随对放电进行脉冲调制， 等离子体密度也急剧变化。此时， 如果在放电从 ON 切 换为 OFF 时对晶片施加偏置电力， 则对晶片施加的电压伴随等离子体密度的急剧的降低而 尖峰脉冲状地上升。该尖峰脉冲状地增加的电压被施加到栅绝缘膜， 所以存在发生充电损 伤的可能性。 0077 为了防止该现象， 使等离子体的ON/OFF和偏置的ON/OFF同步， 并且在等离子体成 为 OFF 时不使偏置成为 ON 即可。例如， 如图 5 那样， 偏置电力的占空比始终小于。

46、微波电力 的占空比， 使占空比时间上变化即可， 以便在等离子体成为 OFF 时不使偏置成为 ON。 0078 【实施例 4】 0079 在纵横比高的槽、 孔中蚀刻速度降低的现象一般被已知为 Reactive Ion Etch-lag （以下， 称为 RIE-lag） ， 是在不同的纵横比混合存在的图案的加工中成为障碍的现 象。在本实施例中， 说明为了改善该 RIE-lag 而应用了本发明的例子。 0080 如果随着蚀刻时间的经过而使脉冲调制了的等离子体的占空比变化， 则在蚀刻 中， 蚀刻速度也变化。如果该变化和 RIE-lag 重叠， 则存在蚀刻速度的变化变得更复杂而形 状控制变得困难的风险。。

47、因此， 优选即使变更占空比仍抑制蚀刻速度的变化。为了将其实 现， 控制为使等离子体电力的占空比的增减和偏置电力的占空比的增减随着时间经过在相 说 明 书 CN 104103486 A 12 10/11 页 13 反方向上变化即可。 0081 例如， 如图 5 所示， 在等离子体电力的占空比在随时间经过而在减少 （即蚀刻速度 降低） 的方向上变化的情况下， 使偏置电力在增加 （即蚀刻速度增加） 的方向上变化， 来抵消 蚀刻速度的降低。 另外， 在等离子体电力的占空比增加的情况下， 使偏置电力的占空比在降 低的方向上变化来抵消蚀刻速度的变化。 0082 【实施例 5】 0083 接下来， 关于与上。

48、述实施例不同的实施方式， 说明随着时间经过使占空比变化的 方法。在实施例 4 中， 叙述了为了 RIE-lag 抑制而应用了本发明的例子， 但还有根据用途相 比于 RIE-lag 对策将重点放在其他特性的情况。 0084 例如， 如果如图 7 所示使等离子体的 ON 期间 （Tmon）成为恒定而使 OFF 期间 （Tmoff） 随着时间经过变长 （即减小脉冲调制的频率） ， 则能够在将等离子体的 ON 状态依旧 维持为恒定的状态下， 降低蚀刻速度。 0085 通常， 从使微波电源成为 ON 至等离子体密度变得稳定为止， 存在时间延迟。在将 直至稳定的时间设为 Tlag 时， 如果变更等离子体的。

49、 ON 期间 Tmon， 则在 ON 期间， Tlag 所占 的比例 （Tlag/Tmon） 变化， ON 期间中的等离子体状态变化。因此， 在需要更稳定的蚀刻的情 况下， 通过使Tmon成为恒定而使Tmoff变化， 使占空比变化， 从而能够再现性良好地变更蚀 刻速度。 0086 该方法适用于在蚀刻大致结束 （主蚀刻） 而切换到去除稍微残留的部分 （过蚀刻） 时逐渐降低蚀刻速度而使蚀刻的连续性变得良好。另外， 通过使等离子体阶梯状地急剧变 化， 即使在产生台阶形状等弊病的情况下， 在本实施例中也能够抑制形状台阶。进而， 通过 使 OFF 期间成为恒定而使 ON 期间变化来变更占空比的方法适用于在堆积性强的气体中通 过 OFF 期间的自由基的堆积相比于 ON 期间的等离子体状态成为支配性的等离子体而使蚀 刻速度变化的情况。 0087 另外， 在微波电力的脉冲调制和偏置电力的脉冲调制中的任意一个中都能够应用 本实施例。 。