JP2615070B2 - Etching method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ドライエツチング方法に係り、特に二酸化
シリコン（SiO2）など絶縁物のエツチングをするのに好
適なエツチング方法に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a dry etching method, and more particularly to an etching method suitable for etching an insulator such as silicon dioxide (SiO 2 ).
従来、半導体集積回路等微細電子素子の絶縁材料とし
て広範囲に用いられているSiO2膜やSiO2を主成分とする
絶縁膜の微細加工には、CHF3,CF4＋H2ガスのプラズマを
用いる反応性イオンエツチングなどのドライエツチング
法が広く用いられている。Si,Al,GaAsなど種々の材料の
ドライエツチングの中でも、SiO2のドライエツチング
は、エツチング反応に関与するイオンのエネルギが相当
大きくなければならず、通常、試料に入射するイオンエ
ネルギは数100eV以上である。このため、SiO2のエツチ
ングが終了すると露出したSiなどの基板は、この高エネ
ルギイオンの照射に曝されるため、相当な量の損傷が導
入される。このようなドライエツチング時の表面層の損
傷については、例えば、ソリツド・ステート・テクノロ
ジー28巻４号（1985年）第201頁から第205頁（Solid St
ate Technol.vol28,No.4（1985）pp.201〜205）に論じ
られている。このような損傷を低減するためには、試料
に入射するイオンのエネルギを十分小さな値に低減する
必要がある。しかし、SiO2のエツチングにおいては、エ
ツチング反応そのものを生じさせるため、上記のように
数100eV以上のイオンエネルギが不可欠となつている。Conventionally, plasma of CHF 3 , CF 4 + H 2 gas is used for fine processing of SiO 2 films and insulating films containing SiO 2 as a main component, which are widely used as insulating materials for microelectronic devices such as semiconductor integrated circuits. Dry etching methods such as reactive ion etching are widely used. Among dry etching of various materials such as Si, Al, and GaAs, dry etching of SiO 2 requires that the energy of ions involved in the etching reaction be considerably large, and the ion energy incident on the sample is usually several hundred eV or more. It is. Therefore, when the etching of SiO 2 is completed, the exposed substrate such as Si is exposed to the irradiation of the high-energy ions, so that a considerable amount of damage is introduced. The damage of the surface layer during the dry etching is described in, for example, Solid State Technology, Vol. 28, No. 4, (1985), pp. 201-205 (Solid St.
ate Technol. vol 28, No. 4 (1985) pp. 201-205). In order to reduce such damage, it is necessary to reduce the energy of ions incident on the sample to a sufficiently small value. However, in the etching of SiO 2 , ion energy of several hundred eV or more is indispensable as described above in order to cause the etching reaction itself.
上記のように、従来のドライエツチング方法では、Si
O2のエツチングのために入射するイオンエネルギを数10
0eV以上にしなければならず、そのため、Si基板などに
損傷が発生する問題があつた。As described above, in the conventional dry etching method, Si
The ion energy incident for etching O 2 is several tens
It has to be set to 0 eV or more, and therefore, there is a problem that the Si substrate or the like is damaged.
本発明の目的は、上記のような数100eVのイオンの入
射を必要とせずにSiO2をエツチングできる低損傷のエツ
チング方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a low-damage etching method capable of etching SiO 2 without requiring the above-described irradiation of ions of several hundred eV.
上記目的は、フオトンエネルギが、SiO2のバンドギヤ
ツプ8.8eVよりも大きい光をSiO2に照射しながらSiO2を
ドライエツチングすることにより、達成される。すなわ
ち、SF6,CF4,CHF3などフツ素を含むプラズマに被エツチ
ング試料であるSiO2を曝すと同時に波長が140nm以下の
光を照射することによつて、試料に入射するイオンのエ
ネルギが比較的小さくてもSiO2のエツチング反応を進め
ることができる。上記の波長の光は真空紫外光に属し、
希ガスのプラズマ放電で発生させることができる。ま
た、電子のシンクロトロン軌道放射によつても発生させ
ることができる。The above object is off Dad energy, the SiO 2 by dry Etsu quenching while applying greater light than SiO 2 of bandgap 8.8eV to SiO 2, is achieved. In other words, by exposing the sample to be etched, SiO 2, to plasma containing fluorine, such as SF 6 , CF 4 , and CHF 3 , and simultaneously irradiating light having a wavelength of 140 nm or less, the energy of ions incident on the sample is reduced. The etching reaction of SiO 2 can proceed even if it is relatively small. Light of the above wavelength belongs to vacuum ultraviolet light,
It can be generated by plasma discharge of a rare gas. It can also be generated by synchrotron orbital radiation of electrons.
上記のような真空紫外光をSiO2に照射して、SiO2のド
ライエツチング反応を促進できる機構は明らかではない
が、SiO2のバンドギヤツプ以上のエネルギの光である場
合は特に効果が顕著になることから判断して、光照射に
よつてSiO2中に形成される電子−正孔対が、SiO2表面に
達しエツチング反応に関与しているものと考えられる。
一部の半導体のエツチングにおいて、半導体のバンドギ
ヤツプ以上の光を照射することによつて、光化学エツチ
ングが誘起されることが知られており、例えば、アプラ
イド フイジツクス レターズ 47（1985年）第62頁か
ら第63頁（Appl.Phys.Lett.47（1985）pp62−63）にGaA
s1-xPxの光化学エツチングにおいて、照射光のフオトン
エネルギとGaAs1-xPxのバンドギヤツプとの関係が述べ
られており、バンドギヤツプ以上のエネルギを持つフオ
トンがエツチング反応を促進する結果が得られている。
本発明の基礎になつた実験においては、絶縁物であるSi
O2の反応性イオンエツチングにおいて、SiO2のバンドギ
ヤツプ以上のエネルギを有する光を照射すると、入射イ
オンのエネルギが相当小さくてもSiO2のエツチングが十
分大きい速度でエツチングできることが判つた。また、
この結果は、エツチングすべきSiO2へのイオンビーム照
射によつて、SiO2の表面を正に帯電させることによつて
増大できる。これは光照射によつて発生した電子−正孔
対のうち、移動度の大きい電子が拡散によつて失われて
しまうことなくSiO2表面でのエツチング反応に寄与させ
る効果があるものと推測される。By irradiation with vacuum ultraviolet light such as the above SiO 2, but mechanism is not clear that can facilitate dry Etsu quenching reaction SiO 2, becomes significant particularly effective when the light of more energy bandgap of SiO 2 Judging from the above, it is considered that the electron-hole pairs formed in the SiO 2 by the light irradiation reach the SiO 2 surface and participate in the etching reaction.
It is known that, in some semiconductor etchings, photochemical etching is induced by irradiating light beyond the band gap of the semiconductor. For example, Applied Physics Letters 47 (1985), pp. 62-62. GaA on page 63 (Appl. Phys. Lett. 47 (1985) pp 62-63)
In photochemical etching of s 1-x P x , the relationship between the photon energy of irradiation light and the band gap of GaAs 1-x P x is described, and the photon with energy higher than the band gap promotes the etching reaction. Have been obtained.
In the experiments that formed the basis of the present invention, the insulator Si
It has been found that, in the reactive ion etching of O 2 , when light having energy higher than the band gap of SiO 2 is irradiated, the etching of SiO 2 can be performed at a sufficiently high speed even if the energy of the incident ions is considerably small. Also,
This result can be increased by positively charging the surface of the SiO 2 by irradiating the SiO 2 to be etched with the ion beam. This is presumed to have the effect of contributing to the etching reaction on the SiO 2 surface without losing electrons with high mobility among the electron-hole pairs generated by light irradiation without being lost by diffusion. You.
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。主
真空槽９にCF4＋H2混合ガスまたはCHF3ガスをガス導入
口７を通じて導入し、同時に排気口８からガスを排気
し、主真空室内のガス圧力を8Paとした。発振周波数13.
56MHzの高周波電源10から、高周波電力を電極12に供給
して、プラズマを発生させて、試料11の表面のSiO2膜を
エツチングした。また、主真空室の上には石英製の放電
管３が設置されており、主真空槽とは薄いAl膜からなる
フイルタ６で隔てられている。ガス導入口４を通じて、
Neガスを放電管３に供給し、ガス排気口５から排気し
て、放電管３内のNe圧力を約10Paに保ち、導波管１を通
じて、マイクロ波を送り、放電管３内にNeガスのプラズ
マを形成した。このとき空心コイル２に通電して、放電
管３の部分に数あ100ガウスの磁場を形成した。Neプラ
ズマでは強い真空紫外光が発生するが、これは、薄いAl
膜からなるフイルタ６を通じて、主真空室９側に透過し
て、試料11に照射される。なお、照射される真空紫外光
は、SiO2のバンドギャップである8.8eV以上のフォトン
エネルギを得るために、波長が140nm以下のものとす
る。第２図は放電室３でNeプラズマを発生させた場合と
させない場合のSiO2のエツチング速度を比較した結果で
ある。第２図の結果から分るようにNeプラズマを発生さ
せない場合、すなわち、Neプラズマによる真空紫外光を
試料に照射しない場合、特に高周波電力が小さい側でSi
O2のエツチング速度が小さい。一方、Neプラズマを発生
させて、真空紫外光を試料に照射した場合には、高周波
電力が比較的小さくても、大きなSiO2のエツチング速度
が得られた。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A gas mixture of CF 4 + H 2 or CHF 3 gas was introduced into the main vacuum tank 9 through the gas inlet 7, and the gas was exhausted from the outlet 8 at the same time. Oscillation frequency 13.
High frequency power was supplied from a 56 MHz high frequency power supply 10 to the electrode 12 to generate plasma, and the SiO 2 film on the surface of the sample 11 was etched. A quartz discharge tube 3 is provided above the main vacuum chamber, and is separated from the main vacuum chamber by a filter 6 made of a thin Al film. Through the gas inlet 4
Ne gas is supplied to the discharge tube 3, exhausted from the gas exhaust port 5, keeping the Ne pressure in the discharge tube 3 at about 10 Pa, sending microwaves through the waveguide 1, and introducing Ne gas into the discharge tube 3. Was formed. At this time, the air-core coil 2 was energized to form a magnetic field of several hundred gauss in the discharge tube 3. Intense vacuum ultraviolet light is generated in Ne plasma.
The light is transmitted to the main vacuum chamber 9 through the filter 6 made of a film and irradiated to the sample 11. The irradiated vacuum ultraviolet light has a wavelength of 140 nm or less in order to obtain a photon energy of 8.8 eV or more, which is the band gap of SiO 2 . FIG. 2 shows the result of comparing the etching speed of SiO 2 with and without Ne plasma generated in the discharge chamber 3. As can be seen from the results of FIG. 2, when Ne plasma is not generated, that is, when the sample is not irradiated with vacuum ultraviolet light by Ne plasma, Si
The etching speed of O 2 is low. On the other hand, when Ne plasma was generated and the sample was irradiated with vacuum ultraviolet light, a high etching rate of SiO 2 was obtained even when the high-frequency power was relatively small.
別の実施例を第３図を用いて詳しく説明する。第３図
のエツチング装置においては、第１図のエツチング装置
の側壁にマイクロ波によるプラズマ発生室38が設けら
れ、主真空槽41と一体になつている。導波管37を通じて
供給されるマイクロ波電力により、エツチングガスが放
電管38内でプラズマ化される。そのほかは実施例１と同
様に操作する。すなわち、ガス導入口39から、放電室38
および主真空槽41にCHF3ガスを8Paの圧力に導入して、
高周波電源44から電極43に高周波電力を供給して、試料
42の表面のSiO2をエツチングする。このとき、導波管31
を通じて供給するマイクロ波電力により、放電管35内に
Neガスの放電を生じさせ、発生した真空紫外光をAl膜の
フイルタ45を透過させて、試料42に照射させる。放電管
45で発生させた真空紫外光照射の効果は、実施例１と同
様にSiO2のエツチング速度の向上となつて顕れるが、本
実施例ではエツチング室側壁の幅放電室38での補助放電
により、より大きなSiO2のエツチング速度が得られる。Another embodiment will be described in detail with reference to FIG. In the etching apparatus shown in FIG. 3, a plasma generating chamber 38 by microwave is provided on a side wall of the etching apparatus shown in FIG. 1, and is integrated with a main vacuum chamber 41. The etching gas is turned into plasma in the discharge tube 38 by the microwave power supplied through the waveguide 37. Otherwise, the operation is the same as in the first embodiment. That is, from the gas inlet 39, the discharge chamber 38
And introducing CHF 3 gas to the main vacuum chamber 41 at a pressure of 8 Pa,
High frequency power is supplied from the high frequency power supply 44 to the electrode 43 to
Etch the SiO 2 on the surface of 42. At this time, the waveguide 31
Into the discharge tube 35 by microwave power supplied through
A Ne gas discharge is generated, and the generated vacuum ultraviolet light is transmitted through the Al film filter 45 to irradiate the sample 42. Discharge tube
The effect of the vacuum ultraviolet light irradiation generated at 45 appears as an improvement in the etching rate of SiO 2 as in the first embodiment, but in this embodiment, the auxiliary discharge in the width discharge chamber 38 on the side wall of the etching chamber causes Larger etching rates of SiO 2 are obtained.
以上、本発明の実施例による説明では、プラズマを用
いる反応性イオンエツチング法において、試料への真空
紫外光照射を付加する方式について説明したが、このほ
か本発明の効果はイオンビームエツチングにおいて、真
空紫外光照射を併用することによつても実現できる。ま
た、照射する真空紫外光は、電子のシンクロトロン軌道
放射によつて得られる光であつてもよいのは勿論であ
る。As described above, in the description of the embodiment of the present invention, the method of adding the vacuum ultraviolet light irradiation to the sample in the reactive ion etching method using plasma has been described. In addition, the effect of the present invention is that in the ion beam etching, the vacuum is applied to the sample. It can also be realized by using ultraviolet light irradiation in combination. Further, it is needless to say that the vacuum ultraviolet light to be irradiated may be light obtained by synchrotron orbital radiation of electrons.
また、実施例においてはSiO2のドライエツチングにつ
いて説明したが、本発明はSi3N4,Ta2O5など他の絶縁物
のエツチングにおいても、そのバンドギヤツプ以上のエ
ネルギを有する光の照射により、ドライエツチング反応
を促進する効果があり有効であることを付記する。Further, in the embodiments, dry etching of SiO 2 was described, but the present invention is also applicable to etching of other insulators such as Si 3 N 4 and Ta 2 O 5 by irradiation of light having energy equal to or higher than the band gap. Note that it has the effect of promoting the dry etching reaction and is effective.
SiO2など絶縁物のドライエツチングにおいて従来数10
0eV以上のイオンエネルギが必要とされ、イオンエネル
ギをこれ以上にするため、例えば反応性イオンエツチン
グでは、電極に供給する高周波電力を十分大きくする必
要があつた。本発明によれば、真空紫外光の照射によつ
て、低い高周波電力のもとでもSiO2等絶縁物の反応性イ
オンエツチングが可能なので、試料に入射するイオンの
エネルギを低減させることができ、照射損傷の少ないエ
ツチングが可能である。Conventional dry etching of insulators such as SiO 2
An ion energy of 0 eV or more was required. In order to increase the ion energy, for example, in reactive ion etching, it was necessary to sufficiently increase the high-frequency power supplied to the electrodes. According to the present invention, the irradiation of vacuum ultraviolet light enables reactive ion etching of an insulator such as SiO 2 even under low high-frequency power, so that the energy of ions incident on the sample can be reduced, Etching with less irradiation damage is possible.
第１図は、本発明の一実施例の装置構成図、第２図は、
本発明でSiO2をエツチングしたときのSiO2のエツチング
速度を示した図、第３図は、本発明の別の実施例の装置
構成図である。 １……導波管、２……空心コイル、３……放電管、4,7
……ガス導入口、5,8……ガス排気口、６……フイル
タ、９……主真空槽、10……高周波電源、11……試料、
12……電極、31,37……導波管、32,36……空心コイル、
33,39……ガス導入口、34,40……ガス排気口、35,38…
…放電管、42……試料、43……電極、44……高周波電
源、45……フイルタ、FIG. 1 is an apparatus configuration diagram of an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the etching rate of SiO 2 when SiO 2 is etched in the present invention, and FIG. 3 is a view showing the configuration of an apparatus according to another embodiment of the present invention. 1 ... waveguide, 2 ... air-core coil, 3 ... discharge tube, 4,7
... gas inlet, 5, 8 ... gas exhaust, 6 ... filter, 9 ... main vacuum chamber, 10 ... high frequency power supply, 11 ... sample,
12 …… electrode, 31,37 …… waveguide, 32,36 …… air-core coil,
33,39 …… Gas inlet, 34,40 …… Gas outlet, 35,38…
... discharge tube, 42 ... sample, 43 ... electrode, 44 ... high frequency power supply, 45 ... filter,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−161723（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−111433（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−126628（ＪＰ，Ａ) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-61-161723 (JP, A) JP-A-62-111433 (JP, A) JP-A-62-126628 (JP, A)
Claims (6)
応性イオンを用いた絶縁物のドライエッチングにおい
て、該絶縁物のバンドギャップ以上のフォトンエネルギ
を有する光を前記絶縁物に照射しながら、エッチングを
行なうことを特徴とするエッチング方法。In dry etching of an insulator using reactive ions formed by gas plasma containing halogen, etching is performed while irradiating the insulator with light having a photon energy greater than the band gap of the insulator. An etching method characterized by performing.
法において、前記絶縁物のバンドギャップ以上のフォト
ンエネルギを有する光を希ガスの放電プラズマによって
発生することを特徴とするエッチング方法。2. The etching method according to claim 1, wherein light having a photon energy greater than the band gap of said insulator is generated by discharge plasma of a rare gas.
法において、試料に光を照射するための光源がシンクロ
トロン軌道放射光であることを特徴とするエッチング方
法。3. The etching method according to claim 1, wherein the light source for irradiating the sample with light is synchrotron orbital radiation.
かに記載のエッチング方法において、エッチングすべき
物質が二酸化シリコンであり、照射光のフォトンエネル
ギが8.8eV以上であることを特徴とするエッチング方
法。4. The etching method according to claim 1, wherein the substance to be etched is silicon dioxide, and the photon energy of the irradiation light is 8.8 eV or more. Etching method.
かに記載のエッチング方法において、該絶縁物の表面を
正帯電させることを特徴とするエッチング方法。5. The etching method according to claim 1, wherein a surface of said insulator is positively charged.
方法において、反応性イオンエッチング法によって反応
性ガスおよび反応性イオンを試料表面に供給することを
特徴とするエッチング方法。6. The etching method according to claim 4, wherein a reactive gas and reactive ions are supplied to the sample surface by a reactive ion etching method.
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