JPH0160938B2 - - Google Patents

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JPH0160938B2
JPH0160938B2 JP56041291A JP4129181A JPH0160938B2 JP H0160938 B2 JPH0160938 B2 JP H0160938B2 JP 56041291 A JP56041291 A JP 56041291A JP 4129181 A JP4129181 A JP 4129181A JP H0160938 B2 JPH0160938 B2 JP H0160938B2
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JP
Japan
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etching
gas
hexafluorobenzene
oxide film
silicon
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JP56041291A
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English (en)
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JPS57155732A (en
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Ryohei Kawabata
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P50/20Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H10P50/28Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials
    • H10P50/282Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials
    • H10P50/283Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials by chemical means

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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、単結晶又は多結晶シリコン上に形成
されたシリコン酸化膜をドライエツチングする方
法に関するもので、特にシリコン基板上のシリコ
ン酸化膜をガスプラズマでエツチングするための
エツチングガスの選択に関するものである。 近年半導体装置の微細化が進むにつれて、半導
体装置の製造中におけるエツチング工程は、従来
の化学溶液を利用したウエツトエツチングからプ
ラズマ状態のガスやイオンビームを利用したドラ
イエツチングに変りつつある。後者のドライエツ
チング方法によれば廃液処理などの公害問題を招
く惧れが少なく、また微細パターンの加工が可能
になり、加えて均一なエツチング処理を施こすこ
とができるという利点があり、特に超LSIの製造
には不可欠の技術となつている。 シリコン基板に形成されたシリコン酸化膜や窒
素化膜をドライエツチングするために、従来から
開発されているドライエツチング方法のためのエ
ツチングガスとして次のような2種類のガスが用
いられている。 () 例えばCF4、C2F6のようなフロンガスに水
素を混合させたガス。 () C2F6、C3F8等の単体ガス。 前者の()に示した混合ガスを利用する方法
は、水素を含むガスの組成を変えることによつて
エツチングの際の選択比(SiO2エツチング速
度/Siエツチング速度)を比較的広い範囲に亘つ
て変えることができるという利点がある反面、混
合ガス中で水素が反応してHFを発生し、そのた
めに製造装置を腐蝕させて耐久性を著しく低下さ
せるという欠点があり、また水素ガスを扱うため
に危険性が高く慎重な取り扱い管理及びが要求さ
れるという欠点があつた。また後者の()によ
る単体ガスを利用する方法は、水素が含まれない
ため上記前者のような危険性はないが、一般に選
択比が低くまたエツチングガスが一定であるため
選択比を自由に変えることができない、という欠
点があつた。 この発明は上記従来の()及び()のエツ
チングガスを利用したドライエツチングにおける
欠点を除去し、安全に操作することができ且つ選
択比を自由に選ぶことができ、特に高い選択比を
比較的容易に得ることができる反応性イオンエツ
チング方法を提供するものである。この発明は気
相のヘキサフロロベンゼンにCF4を混合させたも
のをプラズマエツチング用のガスとするものであ
る。次に実施例を挙げて本発明を詳細に説明す
る。 第1図は反応性イオンエツチングのための反応
装置を模型的に示す図で、真空チヤンバー1の内
部には平行平板型の電極21,22が間隙を隔てて
相対向する関係に配置され、両電極21,22の間
には高周波電源回路3が接続されて、例えば
13.56MHzの高周波を発生させる。エツチングさ
れるべき半導体基板4は上記電極21,22間に配
置される。チヤンバー1内には次に述べるエツチ
ングのための混合ガスが導入され、電源が投入さ
れた状態で電極間に発生したプラズマを半導体基
板表面に投射する。 ここでまずこの種のSiO2の反応性イオンエツ
チングの機構の概要を説明する。一般に上記反応
装置のチヤンバー1内にCF4を流入してプラズマ
を発生させると、活性なフツ素F*の他にCF3 +
CF2 ++等の炭素原子を伴つた反応性のイオンを発
生する。このようにチヤンバー内に発生したイオ
ンの内、活性なフツ素F*はシリコン基板をエツ
チングし、CF3 +はシリコン酸化膜を選択的にエ
ツチングすると考えられている。 従来からシリコンをエツチングする目的のため
には活性なフツ素F*を多く発生させるために、
(CF4+O2)等の混合ガスを用い、次のような反
応によつてF*を発生させる CF4+O2→CO2+4F* 一方シリコン酸化膜をエツチングするために
は、CF3 +を発生させ易くするために(CF4+H2
の混合ガスやC3F8が用いられ、次の反応式のよ
うにF*の発生を抑えてCF3 +を発生させる。 CF4+H→CF3 ++HF C3F8→2CF3 ++CF2 ++ 処で上記のようなプラズマによつて発生した
CF3 +、CF2 ++はシリコン酸化膜をエツチングする
が、過剰に発生すると重合反応が起こり、テフロ
ン系のポリマーが形成される。生成されたポリマ
ーのためにエツチング反応が停止するばかりでな
く、チヤンバー内壁を汚染させて装置の保守点検
に非常に多くの手間を要するという欠点がある。 次に本発明に適用するヘキサフロロベンゼン
C6F6について説明する。このヘキサフロロベン
ゼンC6F6
【式】の構造をもち、沸点が 80℃以下の液体として入手される。このヘキサフ
ロロベンゼンは炭素原子の割合が多いことからシ
リコン酸化膜をエツチングするCF3 +、CF2 ++を比
較的容易に発生させ得る。しかしヘキサフロロベ
ンゼン単体のガスのみでプラズマを発生させた場
合にはCF3 +、CF2 ++の発生量著しく過剰になつて
上述のようにポリマーが形成されるための反応が
進行せず、実用化にはならなかつた。そこでヘキ
サフロロベンゼンから発生したCF3 +、CF2 ++のイ
オンを効果的に飛翔させて重合反応の発生を阻止
させるため、本発明はCF3 +、CF2 ++の発生量を制
御するエツチングガス組成を選択する。即ちこの
発明はヘキサフロロベンゼン(C6F6)にCF4を混
合したガスをチヤンバー内に流入させる。ヘキサ
フロロベンゼンとCF4との混合比は選択比等のエ
ツチング条件に応じて任意の値に選ぶことができ
る。第2図はCF4をヘキサフロロベンゼンに混合
させたガスを流入した場合のガス混合割合(横
軸)(C6F6/CF4+C6F6)とエツチング速度(縦
軸)との関係を示し、図中曲線Aはシリコン酸化
膜の、曲線Bは多結晶シリコンにおけるエツチン
グガス混合比とエツチング速度の関係を示してい
る。第3図の曲線Cは第2図の関係から更に選択
比(SiO2/多結晶Si)の関係を求めて図示した
ものである。尚同図において上記プラズマエツチ
ングにおけるエツチングガスは、ヘキサフロロベ
ンゼンとCF4の合計容積が8.4c.c./minの流速で供
給され、この8.4c.c./minの中で夫々のガスが占
める割合を変化させたものである。またチヤンバ
ー1内の圧力は23mTorrに調整され、200Wの高
周波出力が印加されている。チヤンバー1内は上
記ヘキサフロロベンゼンとCF4の混合ガスだけで
はなく、更にアルゴン、ヘリウム等の不活性ガス
が6c.c./minの割合でエツチングガスを希釈する
ために同時に流入されている。上記不活性ガスは
特に必要とするものではないが前述のようにエツ
チングガスを希釈することにより、高周波出力の
整合性が良好になることが確かめられた。 第2図、第3図から明らかなようにヘキサフロ
ロベンゼンとCF4の混合によるプラズマエツチン
グでは、シリコン酸化膜のエツチング速度がシリ
コンのエツチング速度に比べて著しく大きく、従
つてその選択比も大きくとれる。選択比はガスの
組成を変えることによつて3〜15程度の値にまで
広い範囲に亘つて調整することができる。 シリコン酸化膜のエツチングとしてはヘキサフ
ロロベンゼンとCF4をほぼ1:1の混合割合の近
傍が好ましい。 なお、本エツチング条件では、多結晶シリコン
と単結晶シリコンのエツチング速度は、ほぼ同一
であり、第4図に示す様に、SiO2と単結晶シリ
コンの間でも選択エツチングが可能となる。 第2図及び第3図中、破線で示した曲線A′,
B′及びC′はチヤンバー内に流入されるガス圧をよ
り高い70mTorrに設定し、ガスの流入速度を
74.4c.c./min(CF4+C6F6が14.7c.c./min、Arが60
c.c./min)とした場合のエツチング速度及び選択
比を示す。チヤンバー内のガス圧を高くすること
により、ポリマーを生成してドライエツチングが
不可能になる点がより低い混合比の側に寄つてく
る。 またチヤンバー内に流入される上記エツチング
ガスは、予めアルゴンやヘリウム等の不活性ガス
によつて希釈してチヤンバー内に供給することが
でき、前記実施例では60c.c./min程度の不活性ガ
スによつてエツチングガスが希釈されている。希
釈したエツチングガスを用いてプラズマを発生さ
せることにより、高周波発生回路における整合が
著しく良好になることが確められた。 以上本発明によれば、ヘキサフロロベンゼンに
CF4を混合したガスをプラズマエツチングのため
のガスとすることにより、化学的に安定で、安
全・無公害な薬品を用いることができ、またドラ
イエツチング時に高い選択比を容易に得ることが
でき、更にガスの混合比を変えることによつて選
択比を広い範囲に亘つて変化させることができ、
所望のエツチング工程に適切なエツチングを施こ
まことができる。特にシリコン半導体基板上に形
成された層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜を非
常に微細にエツチングすることができ、極めて微
細なコンタクトホール等をも確実に作成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は反応性イオンエツチング装置を示す概
略構成図、第2図及び第3図、第4図は本発明に
よる反応性イオンエツチング方法を説明するため
のガス混合割合とエツチング速度及び選択比の関
係を示す図である。 A,A′:シリコン酸化膜のエツチング速度、
B,B′:ポリシリコンのエツチング速度、C,
C′:選択比。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 単結晶又は多結晶シリコン上に形成されたシ
    リコン酸化膜をドライエツチングする方法におい
    て、気相のヘキサフロロベンゼン(C6F6)とCF4
    を所望の割合で混合してガスプラズマを形成し、
    シリコン酸化膜をシリコンに対して選択的にエツ
    チングすることを特徴とする反応性イオンエツチ
    ング方法。 2 前記混合ガスは更にヘリウム又はアルゴンの
    不活性ガスで稀釈されてなることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の反応性イオンエツチン
    グ方法。 3 前記ヘキサフロロベンゼンとCF4との混合比
    はモル比でほぼ1:1に混合されてなることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の反応性イオ
    ンエツチング方法。
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