JPH03277788A - ドライエッチング法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、プラズマを用いて行うドライエツチング法に
関し、特に、アモルファス半導体薄膜を効率よくエツチ
ングすることのできるドライエツチング法に関する。

［従来の技術］ 近年、アモルファス半導体薄膜をエツチングする方法と
して、微細加工ができ、エツチング後の膜の均一性に優
れるドライエツチング法が広く行われている。

ドライエツチングには、イオン衝撃により機械的なエツ
チングを行うスパッタエツチング、反応性ガスを導入し
プラズマ中に試料をさらして化学的なエツチングを行う
プラズマエツチング、さらに反応性ガスを導入し電圧降
下を発生させながらプラズマ中に試料をさらして化学的
なエツチングを行うリアクティブイオンエツチング、イ
オンビームを照射してエツチングを行うイオンビームエ
ツチング等がある。

以下、リアクティブイオンエツチングを例にとってその
機構を説明する。

まず、ドライエツチングをするのに必要な装置を第２図
に模式的に示す。

第２図に示したドライエツチング装置は、石英製やステ
ンレス製の器壁で囲われてつくられている反応室１から
なり、該反応室を構成している側壁の外周には、互いに
対向する一対の電極２が設けられている。これら一対の
電極２の間には、被エツチング物質４を配置するための
支持台５が設置され、支持台５の近くのガスは中性のガ
スになり、電極２の近くのガスはイオン性のガスになる
ようにするために、支持台５を取り囲むようにメツシュ
シールド７が設けられている。また、反応室１の一方の
側壁（図では上部）にはガスを導入するためのガス導入
口３が設けられ、他方の側壁（図では下部）にはガスを
吸引排気するための排気口６が設けられている。

このような装置を用い、所定の開口を有するマスクまた
はレジストで被覆した被エツチング物質４を、支持台５
上に乗せる。その後、エツチングガスを反応室１内に導
入し、排気口６からそのガスを排気させながら電極間に
高周波電圧を印加する。電圧を印加することにより電極
間にプラズマが発生し、そのプラズマの高エネルギー電
子が、エツチングガス中に含まれるガス分子と非弾性衝
突を起し、ラジカルを発生させる。そのラジカルが、エ
ツチング対象物の薄膜と化学反応を起こし、エツチング
が進行する。

たとえば、Ｓｉ薄膜をエツチングするためには、ＣＦ、
と０２との混合ガスを用い得ることが知られているが、
この場合の反応機構は以下のようなものである。

プラズマが発生することにより、ＣＦ４分子は、そのプ
ラズマの高エネルギー電子との非弾性衝突によってＣｒ
２本（ただし、＊はラジカルを示す）その他のラジカル
を生成し、そのラジカルは、被エツチング試料に向かっ
て拡散し、試料上に到達する。その後、ＣＦ、＊その他
のラジカルは、いったん試料に吸着され、解離後、Ｓｔ
と反応し、Ｓ　ｉ　Ｆ４等を作る。この反応物は、揮発
性が強いため、拡散してしまう。結果としてＳｉがエツ
チングされることになる。

また、０２は、そのようにラジカルを生成しエツチング
するだけでなく、試料表面に形成されたカーボン層をＣ
Ｏ２またはＣＯとして除去する働きをし、エツチング速
度を増大させる効果がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来、アモルファス半導体、特にアモル
ファスシリコンについてエツチングする場合に、反応室
すなわちエツチングチャンバー内壁面の材質がエツチン
グ効率に重要な影響を与え得ることについては、同等特
別な認識がなされていなかった。

本発明者は、チャンバー内壁の材質の選択がアモルファ
ス半導体を効率良くエツチングする目的上極めて重要で
あることを期せずして見出した。

この知見に基づいて改善されたドライエツチング法を開
発することが本発明の課題である。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、従来その材質
がステンレスであったチャンバーの少なくとも内壁表面
、さらに好ましくは、チャンバ−内に配備するエツチン
グに必要な種々の用具類たとえばメツシュシールドや基
板支持台などについても、少なくともその表面をそれぞ
れアルミニウムまたはアルミニウム合金のような材料で
被覆することがエツチング速度の向上に極めて有効であ
ることを知り、これらのことを特徴とするドライエツチ
ング法を開発した。

上記目的にアルミニウムまたはアルミニウム合金が有効
であるのは、これらの金属材料がＣＦ４、Ｏ２およびＮ
２ガスからなるエツチングガスと反応せずまたは少なく
とも反応し難く、しかもＣＦ　４のラジカル分解を早め
る触媒機能を持つ材料であるからである。

この新規なドライエツチング法はアモルファス半導体の
エツチング法として、さらには、特にアモルファスシリ
コンのエツチング法として極めて有効であることが判明
した。

［作　用］ 本発明に従って、チャンバーの内壁表面および好ましく
は内部に配備するエツチングに必要な種々の物品、特に
ステンレス製のエツチング用補助用具としての物品の少
なくとも表面をアルミニウム系の材料で構成または被覆
することにより、ステンレスの成分であるＦｅ５Ｎｉ等
とＣＦ４等のエツチングガスとの化学反応による生成物
が生じないか、または少なくとも生し難いようにするこ
とができ、ＣＦ４のラジカル分解が早められ活性なＦ＊
ラジカルの再結合を防止できるため、ＣＦ４、Ｏ２およ
びＮ２の混合ガスを用いて本発明の方法でドライエツチ
ングを行うと、従来のように、ステンレス製チャンバー
の内壁表面やチャンバー内配備物品の表面を、全くアル
ミニウム系材料で覆わずに行う場合のドライエツチング
に比較し、エツチング速度を顕著に高めることができ、
平均して１．６倍程度の効率アップが得られることがわ
かった。そして、これらの方法はアモルファス半導体、
特にアモルファスシリコンのドライエツチング法として
極めて優れた方法であることが確かめられた。

以下実施例により詳細に説明する。

［実施例コ 本実施例において使用した装置を第２図に従って説明す
る。

ステンレス製の反応室１の一方の側面と他方の側面には
、互いに対向する一対のアルミニウム電極２が設けられ
ている。互いに対向する一対の電極２の間には、エツチ
ングする対象物（基板４）を配置するためのアルミニウ
ム製の支持台５が設置され、この支持台５を取り囲むよ
うにアルミニウムメツシュシールド７が設けられている
。また、反応室１の一方の側壁（図では上部）にはガス
を導入するためのガス導入口３が設けられ、他方の側壁
（図では下部）にはガスを吸引するための排気口６が設
けられている。

このような装置を用い、以下の条件によりドライエツチ
ングを実施した。

すなわち、被エツチング物質として、５０ｗ＋ｍＸ５０
■璽のガラス板の上に厚さ５，０００オングストローム
のａ−３ｔ（アモルファスシリコン）膜をＣＶＤ法によ
り形成した試料を用い、ａ−３ｔ膜面の半分をアルミニ
ウムのマスクにより覆い、支持台上に縦に立てて配置し
た。その後、ＣＦ４と０２のガスを流量比９５対５の割
合で混合し、そのガスに、Ｎ２ガスを後述の割合で混合
させてエツチングガスとし、全流量２００ｓｅｃｍで反
応室内に導入し、排気口からそのガスを排気させながら
電極間に投入型カフ０Ｗの高周波電圧を印加した。なお
、この場合において、動作圧は、０．５　（Ｔｏｒｒ）
であった。

Ｎ２ガスは、全体流量に対して、０．３．５．１０．１
５．２０．２５容積％のそれぞれにおいて行った。

このようにしてドライエツチングをそれぞれ５分間行い
、その場合のエツチングされた膜の厚みによってエツチ
ング速度を評価した。その結果を第１図に示す。

第１図は、内壁表面の材質がステンレスであるチャンバ
ー内において、Ｎ２ガスを全く混合しないＣＦ４と０２
の混合ガスを用いてエツチングした場合のエツチング速
度を基準値（１，０）として算出した、Ｎ２ガス混合率
に対するエツチング速度比の変化を示す図であり、曲線
ＡはエッチングガスへのＮ２ガスの混合効果を示し、曲
線ＢはＮ２ガスの混合効果とチャンバー内壁材等にアル
ミニウムを用いた効果との総合効果を示している。これ
らのグラフから、チャンバー内壁表面材質および好まし
くはチャンバー内に配備するエツチング用の種々の用具
類の表面材質をアルミニウムとした場合には、それらの
材質をステンレスのままとした場合に比しエツチング速
度が向上し、非常に効果的なエツチングを行い得ること
がわかる。

なお、本発明者らによる検討の結果、チャンバー内壁表
面材の材質およびチャンバー内に配備する種々の用具類
の表面の材質にアルミニウムを用いた場合においても、
ＣＦ４ガスと０２ガスとの混合ガスだけでドライエツチ
ングする代りに、それにさらにＮ２ガスを数％から１４
％混合させたガスを用いてドライエツチングすれば、Ｎ
２ガスを混合させなかった場合に比しエツチング速度が
増大し、特にＮ２ガスの混合率が８％から１０％の近傍
で、エツチング速度は１．４倍程度に効率アップするこ
とが判明した。したがって、本発明の方法は、Ｎ２ガス
を混合しないＣＦ　４ガスと０２ガスとの混合ガスを用
い、かつチャンバー内壁表面の材質およびチャンバー内
に配備する用具類の表面の材質もステンレスのままとし
てａ−Ｓｉをエツチングする場合すなわち基準値と比較
すれば、１、Ｂ　Ｘｌ、４倍すなわち約２．２倍程度の
効率アップとなることがわかる。

また、動作圧は、１Ｏ−３〜Ｉ　Ｔｏｒｒの範囲で適用
できるが、０，２〜Ｑ、７　Ｔｏｒｒの範囲が望ましく
、０．５　Ｔｏｒｒ前後が最適である。

本発明の方法によって効果的にエツチングできる試料は
、実施例に掲げたａ−３ｉ薄膜に限られるものではなく
、ＣＦ４ガスを用いてエツチングすることのできる試料
であれば何でもよいのであり、例えば、Ｓｉ、５ｉｏ２
、Ｓｉ３Ｎ４　、ＭＯ％Ｗ等に対しても本発明方法を有
効に適用できる。

しかし、この方法はａ−８ｉに対して適用した場合の効
果が最良であった。

また、本発明方法の適用は、上記実施例に示したような
りアクティブイオンエツチングの場合に限定されるわけ
ではなく、エツチング機構として化学反応が利用されて
いるものであればよいのであって、プラズマエツチング
、イオンビームエツチング等に本発明方法が適用される
場合であっても上記同様の効果を得ることができる。

さらに、本発明の実施において使用できるドライエツチ
ング装置は、上記実施例に示したものに限られないこと
はいうまでもない。

［発明の効果］ 以上かられかるように、本発明によって、試料を効率良
くエツチングすることのできるドライエツチング法が提
供された。

【図面の簡単な説明】

第１図は、内壁表面の材質がステンレスであるエツチン
グチャンバーを用い、かつＮ２ガスを全く混合しないエ
ツチングガスを用いてドライエツチングを行った場合の
エツチング速度を基準値（１，０）として算出したエツ
チング速度比（縦軸）を、エツチングガスへのＮ２ガス
の混合率（％）（横軸）に対してプロットした曲線であ
る。曲線ＡはエツチングガスへのＮ２ガスの混合効果を
示す曲線であり、曲線ＢはＮ２ガスの混合効果にアルミ
ニウム使用効果を加えた総合効果を示す曲線である。 第２図は、ドライエツチング装置の模式図である。 符号の説明 １・・・・反応室 ２・・・・電極 ３・・・・ガス導入口 ４・・・・基板 ５・・・・基板支持台 ６・・・・排気口 ア・・・・メツシュシールド

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）エッチングチャンバーとして、その内壁または少
   なくとも内壁の表面部分が、ＣＦ＿４、Ｏ＿２およびＮ
   ＿２の混合ガスからなるエッチングガスと反応せずまた
   は少なくとも反応し難く、しかもＣＦ＿４のラジカル分
   解を早める機能を持つ材料でつくられているエッチング
   チャンバーを用い、該チャンバー内部に配置した被エッ
   チング材を該チャンバー内に導入した前記混合ガスから
   なるエッチングガスによりドライエッチングすることを
   特徴とするドライエッチング法。
2. （２）前記チャンバー内に配備するエッチング用の種々
   の用具類または少なくともそれらの表面部分を、前記混
   合ガスからなるエッチングガスと反応せずまたは少なく
   とも反応し難く、しかもＣＦ＿４のラジカル分解を早め
   る機能を持つ材料で構成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法。
3. （３）前記チャンバー内壁または少なくともその内壁表
   面の構成部材としてアルミニウムまたはアルミニウム合
   金を用いたことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. （４）前記チャンバー内に配備するエッチング用の種々
   の用具類または少なくともそれらの表面部の構成材とし
   てアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いたことを
   特徴とする請求項２記載のドライエッチング法。
5. （５）被エッチング物質がアモルファス半導体である請
   求項１〜４のいずれかに記載のドライエッチング法。
6. （６）被エッチング物質がアモルファスシリコンである
   請求項５記載のドライエッチング法。