JP3357951B2 - ドライエッチング方法 - Google Patents
ドライエッチング方法Info
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Description
コンに対する選択エッチングを実現するドライエッチン
グの新規な方法に関する。
理基板(以下、単に基板ともいう)をプラズマ処理する
プラズマ処理装置が半導体集積回路の製造で盛んに使用
されている。中でも、高周波印加電極上に基板を置いて
エッチングする反応性イオンエッチング(RIE)装置
は、異方性エッチングが可能で、且つ量産性に優れてい
るため、半導体デバイス製造の各プロセス工程で多用さ
れるようになってきた。特にシリコン酸化膜のシリコン
に対する選択エッチングは、現在ほとんどこのRIEに
頼っている。
るために、ガスとして、CF4 、CHF3 、C2 F6 等
のフッ化炭化水素ガスにH2 やO2 等を混合することに
より行っている。この反応機構は、シリコン酸化膜のエ
ッチングがCF3 + イオン衝撃により行われ、これに対
して、シリコンのエッチングはフッ素ラジカルによって
行われるからであると考えられている。従って、高選択
エッチングを行うためには、フッ素ラジカルの発生を極
力抑える必要があった。このため、例えば、CF4 にH
2 を混合したり、CHF3に微量のO2 を混合する方法
がとられている。また、イオンの衝撃のエネルギ、即ち
RIEの自己バイアス電圧を高くしないと高速のエッチ
ングは難しかった。
の方法のエッチングでは、フルオロカーボンのポリマー
が発生し易く、特に酸化膜がエッチングされた後シリコ
ンの表面にシリコンの炭化層が残ったり、また、基板に
かかるバイアス電圧が高いため、イオン衝撃によってシ
リコンに格子欠陥が発生する場合があった。このため、
製造する半導体デバイスにダメージが生じることがしば
しば起こった。特に、パターンが高密度化され、且つ拡
散層の厚さが薄くなった超々LSIのデバイスの製造に
は限界が見えてきた。また、エッチングする真空容器
や、電極面へのフルオロカーボンのポリマーの付着もひ
どく、クリーニングに多大な時間が必要であった。
めになされたものであって、フルオロカーボンのポリマ
ーを全く発生させず、しかも基板に対するイオン衝撃を
ほとんど与えることなく、シリコン酸化膜のシリコンに
対する選択エッチングを実現するドライエッチング方法
を提供することを目的としている。
本発明は、5×10 -4 Torr以下の圧力に保たれた真
空容器内に設置されている被処理基板にフッ素ラジカル
を照射すると同時に、波長150nm以下の真空紫外光
を照射することにより、シリコン酸化膜のシリコンに対
する選択エッチングを行うことを特徴としている。前記
の真空紫外光の波長は、SiとOの結合エネルギ8.3
eVに相当する光の波長である149.4nm以下とす
れば、より望ましい。また、フッ素ラジカルと真空紫外
光の発生手段は、マイクロ波と磁場を用いた電子サイク
ロトロン共鳴(以下、ECRという)プラズマで構成し
たり、真空紫外光発生ランプと、これとは別に設けたラ
ジカル源よりラジカルを輸送する手段とで構成する。フ
ッ素ラジカルの供給をNF3、SF6、F2、CF4、Cl
F3等のフッ素原子を含むガスにより行い、さらには、
真空紫外光の発生をこれらのフッ素原子を含むガスに、
波長150nm以下の真空紫外光の発光が可能な希ガス
(He、Ne等)を混合するようにしても良い。
いフッ化炭化水素系のガスを使用する必要がなく、且
つ、基板にバイアス電圧をかけることなく基板のエッチ
ングができるため、ダメージの極めて少ないエッチング
が実現できるばかりでなく、フルオロカーボンのポリマ
ーが発生しないので、真空容器の汚れも少なく、クリー
ニングをほとんど不要とするシリコン酸化膜のシリコン
に対する選択エッチングを実現することが可能となる。
もので、真空処理容器1の内部の基板支持台2に基板3
が接地電位から絶縁された状態で載置されている。真空
処理容器1の上部にはECRイオン源4が取付けられて
いる。ECRイオン源4は周囲を水冷ジャケット5で冷
却できる構造となっている。ECRイオン源4は石英窓
6を介し、導波管7より2.45GHzのマイクロ波が
導入されるようになっている。ECRイオン源4の周囲
には、電磁コイル8が設置されており、ECR条件の満
たされる、875ガウスの磁界がECRイオン源4に発
生するようになっている。基板支持台2の周囲にも電磁
コイル9が設置されており、得られたECRプラズマを
基板面に垂直に照射する作用をしている。
トレジストでパターンニングしたシリコン酸化膜が付着
されたシリコンウェーハを基板3として載置し、予め真
空処理容器1を高真空に排気した後、ガス導入管10よ
りNF3ガスをECRイオン源4に導入し、真空処理容
器1内の圧力を5×10-4Torr以下に保つ。次に、
電磁コイル8および電磁コイル9に最適な直流電流を流
し、導波管7を通してECRイオン源4にマイクロ波を
導入する。これによって、NF3のECRプラズマによ
り、Fのラジカルが生成すると同時に、149.2nm
と120.1nmの真空紫外光が発生し、Fラジカルお
よび真空紫外光が基板に照射される。この真空紫外光の
エネルギはSiとOの結合エネルギ8.3eV(14
9.4nmの光の波長に相当する)より高いため、Si
とOの結合が弱くなり、Fラジカルの入射により、イオ
ン衝撃の作用がなくても、シリコン酸化膜が容易にエッ
チングされるようになる。Fラジカルにより同時にシリ
コンもエッチングされるが、エッチング圧力と共に、S
iのエッチング速度は急激に低下する傾向にあり、5×
10-4Torr以下の圧力においては、シリコン酸化膜
のエッチング速度はシリコンのエッチング速度より早く
なり、シリコン酸化膜の選択エッチングが実現できる。
この時基板には、バイアス電圧が印加されず、浮遊電位
にあるため、基板がECRプラズマで生成したイオンに
より衝撃されることもない。
スを用いており、炭素を含むガスであっても、フルオロ
カーボンのポリマーが発生しない条件で選択エッチング
が実現できるため、基板や、真空処理容器1がフルオロ
カーボンのポリマーで汚染されることもない。このた
め、ダメージが生じず、なおかつ真空処理容器1やEC
Rイオン源4のクリーニングを必要としないシリコン酸
化膜のシリコンに対する選択エッチングを実現すること
が可能である。
スを加えたときのシリコン酸化膜に対するシリコンの選
択比の変化の様子を示す。図で曲線21は、Heガスを
添加した場合、曲線22はNeガスを添加した場合につ
いて示す。いずれも選択比は希ガスの濃度が上がるにつ
れ、上昇する傾向にある。特にHeガスを添加すると
き、選択比の向上が著しい。これはECRプラズマから
発光するHeの真空紫外光の波長が58.4nmと、その
エネルギが高いためによる。Neも73.6nmに真空紫
外光の発光があるため、Neを添加するに従い、選択比
が向上する。本実施例のように、エネルギの高い真空紫
外光を発生させるガスを添加することにより、さらに選
択比を向上させることができる。この場合も、この添加
ガスにより、フルオロカーボンのポリマーが発生するこ
ともないし,また、基板へのイオンの衝撃もないため、
ダメージが生ぜず、なおかつ、クリーニングの必要ない
シリコン酸化膜のシリコンに対する高選択エッチングが
実現できる。
ので、真空紫外光発生源として水素放電管やHe等の希
ガス放電管ランプを用い、Fラジカル源として、真空処
理容器から離れて置かれた他のラジカル源を用いた例で
ある。図で、11は真空紫外光発生用の水素放電管であ
り、真空紫外光は、フッ化リチウムの窓12から真空処
理容器1に導入され、基板3に照射される。NF3 等の
フッ素ラジカルを発生させるための原料ガスは、ガス導
入管10を介しラジカル源13に導入する。ラジカル源
13は導波管7とカップリングされており、マグネトロ
ン14で発生したマイクロ波を吸収してNF3 のプラズ
マをラジカル源13の内部に生じさせるようになってい
る。
送管15により真空処理容器1に輸送し、基板3に照射
すると共に、水素放電管11で発生する真空紫外光を窓
12を通して基板3に照射する。この結果、真空紫外光
と、Fラジカルの相互作用により基板3はシリコンに対
してシリコン酸化膜の選択エッチングがクリーンな雰囲
気で、なおかつ、基板3にダメージを与えずに行うこと
が可能である。
F3 ガスを用いたが、ガスはこれに限定されることがな
く、例えば、F2 、SF6 、ClF3 、HF等のフッ素
を供給できるガスであれば何でも良いことはいうまでも
ない。勿論CF4 等のフルオロカーボン系のガスを使用
することも可能であるが、この場合は、フルオロカーボ
ンポリマーの発生が生じないような酸化性の雰囲気、例
えば酸素ガスを混合した雰囲気等で行うのが望ましい。
てECRプラズマや水素放電管、マイクロ波プラズマ発
生装置等を用いたが、これらの発生方法はこれらに限定
されることはなく、例えば、ECRプラズマ源の構造を
多極磁石を用いた方式にするとか、磁場の強度を875
ガウスの2倍の強度とするとか、さらには、ECR放電
を用いずに、マグネトロン放電とか通常の並行平板電極
による放電でも良いことはいうまでもない。要は、真空
紫外光とFラジカルが効率よく発生でき、基板に照射で
きる構造であれば良い。
3 や、He、Ne、H2 等のプラズマより発生する特定
波長を選んだが、この波長は、150nm以下、できれば
SiとOの結合エネルギ(波長で149.4nm)以上の
エネルギを持つ波長であれば、どの波長の光を用いても
良いことはいうまでもない。
ス電圧を印加しイオンを引き込むことを行わなかった
が、基板に与えるダメージが問題にならない程度であれ
ば、基板を積極的にバイアスし、更にシリコン酸化膜の
エッチング速度を向上させても良いことはいうまでもな
い。
加熱したり、冷却したりしなかったが、基板を冷却した
り、加熱しながらエッチングすることも可能であること
はいうまでもない。
ことで、シリコンとFラジカルの反応性を抑制すること
により、シリコンに対する酸化シシコン膜のより高い選
択エッチングを実現することが可能となる。
シリコン酸化膜のシリコンに対する選択エッチングが、
ダメージなく、しかも真空処理容器を汚すことなく実現
できる効果がある。
の概略断面図。
シリコン酸化膜のシリコンに対する選択比の変化のグラ
フ。
Claims (5)
- 【請求項1】 5×10 -4 Torr以下の圧力に保たれ
た真空容器内に設置されている被処理基板にフッ素ラジ
カルを照射すると同時に、波長150nm以下の真空紫
外光を照射することにより、シリコン酸化膜のシリコン
に対する選択エッチングを行うことを特徴とするドライ
エッチング方法。 - 【請求項2】 フッ素ラジカルと真空紫外光の発生手段
が、マイクロ波と磁場を用いた電子サイクロトロン共鳴
プラズマとしたことを特徴とする請求項1記載のドライ
エッチング方法。 - 【請求項3】 真空紫外光の発生手段が真空紫外光発生
ランプであり、基板を設置した真空容器以外のラジカル
発生源より真空容器にフッ素ラジカルを供給することを
特徴とする請求項1記載のドライエッチング方法。 - 【請求項4】 フッ素ラジカルの供給をフッ素原子を含
むガスにより行うことを特徴とする請求項1記載のドラ
イエッチング方法。 - 【請求項5】 真空紫外光の発生をフッ素原子を含むガ
スに、波長150nm以下の真空紫外光の発光が可能な
希ガスを混合することにより行うことを特徴とする請求
項1記載のドライエッチング方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP01846891A JP3357951B2 (ja) | 1991-01-18 | 1991-01-18 | ドライエッチング方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH04308095A JPH04308095A (ja) | 1992-10-30 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3357951B2 (ja) |
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1991
- 1991-01-18 JP JP01846891A patent/JP3357951B2/ja not_active Expired - Fee Related
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