JPS5846637A - 反応性イオンエツチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は牛導体装置等の製造方法特にパターン形成方法
ＫｅＩｌする。

蛾近半導体装置のパターン形成プロセスにおいて反応性
イオンを用いたエツチング技術が注目を浴びている。例
えば被エツチング物が設置されるステージ（電極）に高
周波電力を印加することにより、加工富内に導入された
減圧状態の反応性ガスをグツ−放電による低温プラズマ
を発生させる。

ζの時このｍｌｉＩＩＩ波電力の印放電力九電極にはプ
ラズマ放電によ夛生じた電子とイオンの易動度の差に基
づき電位が降下し負の自己バイアスを生じる。

この亀の自己バイアスは陰極降下電圧と呼ばれ接電電位
から計測してＶｄｃで示される。

エッチャントとなる低温プラズマ中の正イオンは前記Ｖ
ｄｃにより加速されて被加工物表面を照射し、ζれと反
心してガス化され加工室系外に排気される。

例えば上記反応性イオンエツチング法を用いて酸化シリ
コン膜（８１０，）をエツチングしコンタクト孔を開け
る場合にｑＣＦ，とＨ，或はＣＨＦ，を反応性ガスとし
て用いることが良く知られているが、単結晶シリコン（
８ｉｎｇｌ＠−８ｉ）或は多結晶シリコン膜（ｐｏｌｙ
−８ｉ）を寸法精度良くアンダーカットの無い又、他の
材料特にｓｉｏ、に対して高いエツチング速度比即ち高
選択性を得るのはｉ４−である。

アンダーカットのないパターンを形成するにはイオン性
の強い即ち低い圧力状態（この場合Ｖｄｃは圧力に反比
例して負に大きくなる）でエツチングを行う必要がある
が、低い圧力下即ち高い負のＶｄｃ下でエツチングする
と被エツチング材料間に選択性がなくなり特にＬＳＩ等
のゲート電極材料に用いられる多結晶シリコンのエツチ
ングにおいては下地のゲート酸化膜が数１０ＯＡと薄い
為に実用は１喝である。このため、ゲート酸化膜に対す
る選択性を増すためにエツチング時の反応性ガス圧を上
げる（大気圧に近づける）と等方性（アンダーカットが
生じる）エツチング特に不純物ｆｌ４等を含む多結晶シ
リコンが顕著になることは良く知られている。

これら多槽の袂求をｙＡＪＡしうる事が望まれていえ。

本発明者らは、斯す問題に対し鋭意研究を重ね九結釆反
応性ガスとしてＣＦ、Ｂｒと０１！分子の混合ガスを用
いることにより、ニップ７７時の圧力とエツチング速度
の特性に特異なパターンを見い出し九、その結果異方性
エツチングと呼ばれるパターン形状を得る場合はエツチ
ング時のガス圧は０．１２ｔｏｒｒ以下であることを発
見した。

即ち、ＣＦｊｋｌｒとＣ１２分子の混合ガスを反応性イ
オンエツチングのエッチャントとした場合エツチング時
の圧力に対して不純吻燐を含む多結晶シリコンのエツチ
ング速度がＱ、ｌ２ｔｏｒｒ以上（大気圧に近づく）で
エツチングを行なうと急激に上昇し、同時に異方性エツ
チングからアンダーカットの生じる等方性゛エツチング
に変ることにある。これらの発見によ）反応性イオンエ
ツチングを用１ｎｆ＃−多結晶シリコン高精度なパター
ン形成及び再現性を可能にし丸ものである。

以下本発明を実施例によシ図面を用いて説明する。

第１図に使用装置を示す。反応室（１）には＾周波電極
が設けられこれを以下陰極（２）と称す。この陰極（２
）には１３．５６ＭＨｚの高周波電１［（３）　カ９　
ｙ　ｆ　ｙ　／　ｗＮノックス４）を介して接続されて
いる。前記陰極（２）とで平行平板電極を為すように対
向して設けられ九接地電極（５）は同じく接地された金
属製の反応ｍ　ｆｌ）と共に陽極を構成している。陰極
（２）表面には、カーボン板（６）を載置して、その上
に加工すべき試料（７）が設置される。反応ｍ　ｆｌ）
に設けられ九ガス導入口（８）からは例えばＣＦ、Ｂｒ
　−）−Ｃｊ、ガスを導入し排気口（９）から排気して
乍ら陰極（２）に高周波電力を印加することによシプラ
ズマ放電させる。

＃Ｉ２図によシ多結晶シリコン及びシリコン酸化膜をエ
ツチングした時の反応室の圧力に対するエツチング速度
及びＶｄｃそれぞれの変化と同時に走査型電子顕微鏡写
真によシエッチング断面形状について述べる。

この時ＣＦ、ＢｒとＣもの全流量は３０５００Ｍ　（Ｃ
１，流量比６０％）で高周波電力０．３０　Ｗ／ｄのも
とて反応室全圧を０．０１　ＴｏｒｒからＱ、５Ｔｏｒ
ｒ迄変化しそれぞれフォトレジストをマスクとしてエツ
チングし段差をターリ−ステツブにて固定しえ、シリコ
ン酸化膜は圧力が大気に近ず〈Ｋつれエツチング速度は
減少しているが、多結晶シリコン（不純物燐を含む）で
はＱ、Ｑ　ｌ　ｔｏｒｒから０．１２　ｔｏｒｒ間では
減少するが０．１２　ｔｏｒｒ以上（大気に近ずく）で
急激にエツチング速度が上昇する。第２図（ａ）、また
０、１２　ｔｏｒｒ以上０．１５　ｔｏｒｒでは第２図
（Ｃ）の如く逆テーパー及びアンダーカットが生じてい
るが０．１２　ｔｏｒｒ以下では反応性イオンエツチン
グの特徴である−直な（このと１多結晶シリコンの膜厚
は６０００人とした）断面形状第２図（ｄ）が得られえ
、多結晶シリコンとシリコン酸化膜のエツチング速度比
はエツチング時の圧力上昇と共に増加するがＱ、１２　
ｔｏｒｒで約１５倍と＾選択比の反応性イオンエツチン
グが連成され友。ＣＦ、８ｒとＣ１゜Ｏ曹わ！Ｊ　Ｋ　
ＣＦｓＢｒｍを用いた場合にも同様に良好な結果が得ら
れ友。

カーぽン板（６）は前記エツチングに加えてより一層Ｓ
択比を増す為のものであるがカーボン板の他、炭化水素
系の有機ツィルム例えばポリエステルフィルム、又はポ
リプロピレン、イソボリグロビレン、ポリスチレン等の
高分子フィルムでも良く、これらカーボンを含むシート
が有効である。

実用化に際して、さらに好ましくは装置内の金属材料に
よる汚染を防ぐ丸めに、ＣＦ、、　Ｃ，Ｆ−等のＣ−Ｆ
ガスにＨｌを加え九ガスを予めプラズマ放電させること
によりテフロン系高分子膜を陽極全体に堆積させた後本
発明を実施するとさらに良い。

この高分子膜を＃Ｉ１図に番号ａ湯で示しておく。

以上説明したようにＣＦｓＸと（Ｘ、）又は（Ｘ）宏を
（Ｘ及びＸはフッ素以外のハロゲン元ＩＡ）を多結晶７
リコ／膜の反応性イオンエツチングガスとして用いる場
合全圧を０．１２　ｔｏｒｒ以下にてプラズマ放電によ
るエツチングを実施することによシ第２図（Ｃ）に示し
たように容易に下地ＳｔＯ，に対する高選択性工７．ツ
チングかつ垂直な断面形状を有するエツチングが達成で
きる。一方反応性イオンエツチングにおいても印加する
高周波電力や反応ガス流量及び流量比の影響がエツチン
グ特性に変化を与えると考えられているが第２Ｎ（１）
）に多結晶シリコン（不純物Ｐ添加）膜のみのエツチン
グ速度の圧力に対する変化を前記各エツチング条件を上
記実施例に述べ九乗件を基準＾とじてそれに対し高周波
電力１・０３３Ｗ〆＊、　Ｃｐ、Ｂ、とＣ１２全流量３
０１００Ｍ　（Ｃ１，流量比６０％）即ち印加電力変化
を（時に、高周波電力０．３０ｗ／ｄ。

ＣＦＩＢｒとＣ１奮全流量３０１１００Ｍ　（Ｃ１，ｌ
量比４０％）即ち流量比変化を０に、高周波電力０．３
０ｗ／１ｔＣＦ、ＢｒとＣＪｆ全１食流量＄ｌｌＯＯＭ
（Ｃち流量比６０％）即ち全流量変化の結果を０にそれ
ぞれ実施し九結果を示したが０．１２　ｔｏｒｒ以下で
本発明は全て有効であつた。このように、本発明によれ
ば下地８１０．に対する高選択性かり喬直な断面形状を
有するエツチングが達成できる。

崗、本発明は不純物燐等を含む多結晶シリコンの反応性
イオンエツチングについて述べ゛たが、単結晶シリコン
、多結晶シリコン（不純物を含まない）、非晶質シリコ
ンの他、ＩＣ，ＬＳＩ等半導体素子製造工程に用いられ
るウェハー上に形成されたＭｅ、Ｔａ、Ｗ等の電−配線
に用いる高融点金属又、それら高融点金属硫化物、など
イオンのみでなくラジカル（放電等によシ生じる電価を
持たない元素）によるエツチングが可能な材料に有効で
あ〉、特に不純物を添加し友材料についてはより良い効
果を示す。又、ＣＰｓＸ＋　（Ｘｓ）又は（Ｘ）ｔ　と
してＣＦ、Ｂｒ　＋（Ｊ、　、　ＯＦ、Ｃ１４−ＣＬ、
ｆ）他ＣＦ、１３ｒ　＋　Ｂｒｌ、　ＣＦ３Ｃｌ−）−
Ｂｒ、、　ＣＦｇＩ　＋Ｂｒ、、　ＣＦＡＩ　−）　Ｃ
ｊｌ、　ＣＦＩＩ　＋ＩｌさらにＣＦＩＢｒにＣ１鵞及
びＩ、相方を用いても構わない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に使用した装置を示す断面図、
第２図は本発明の詳細な説明する丸めの図で（ａ）はエ
ツチング時の全圧力とエツチング速度の関係を示す図、
（ｂ）は他のエツチング条件を変化させ九場合の図、（
Ｃ）はα１５　ｔｏｒｒ　、　（ｄ）は０．１２　ｔｏ
ｒｒでのエツチング断面図でおる。 図において、 ｌ・・・反応容器、　　　　　２・・・高周波電極、３
・・・高周波電源、　　　　　　４・・・マツチングボ
ックス、５・・・接地電極、　　　　　６・・・カーボ
ン板、７・・・被加工物、　　　　　８・・・ガス導入
口、９・・・ｍｓ　口、１０・・・冷媒パイプ、１１・
・・絶縁部材、　　　稔・・・高分子膜、１３・・・フ
ォトレジスト、 １４・・・多結晶シリコン（不純物燐添加）、爲”°°
シリコン酸化膜、１６・・シリコン基板。 代理人　弁理士　　則　近　慮　佑 他１名 第　　！　　図 第２図（ム） １２／／　　　ｙｚ　　ａｔｐａ　ｏｉｌ　岬ａｓ　　
　ａ、ｚ　　　ｔｌａａ工１．＋レグ〕王力（ＴＤけ） 第２　図１＆） □□□□］ ７２ｅｌ　　　ａａ？　　　ａｅ４　ｅ、ｔｉｌ　／ｑ
？ρｆ　　　４ｚ　　ρ４工、ゾテＣフ′ノ〒５勺（Ｌ
とと） 第　　２　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに対向して配置された陽極及び高周波電力が
   印加される陰極からなる平行平板電極を備え、高周波電
   力が印加される前記陰極側に被加工物が設置され上記電
   極間にプラズマを発生させる反応性イオンエツチング装
   置によシ、反応性ガスとしてＣＦ、Ｘなるガスと（Ｘｌ
   ）又は□ｌ’）富なるガス（Ｘ及びＸ′はフッ素以外の
   ハロゲン原子）を導入して高周波電力を印加しプラズマ
   放電を用い被加工物を反応性イオンエツチングする方法
   において、紡記反応性ガスの全圧を０．１２Ｔｂｒｒ以
   下に保持することを特徴とする反応性イオンエツチング
   方法。
2. （２）を極表面にカーボンを含むシートを設は九ことを
   特徴とする特許 記載の反応性イオンエツチング方法。