JPH0527245B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 本発明は、弗素または弗素化合物を含むほとん
ど酸素のない気体または混合気体が供給される反
応器において形成されるプラズマの殆ど荷重され
ていない成分と、基板上に存在する窒化珪素層と
を接触させることによつてこの窒化珪素層をエツ
チングする半導体装置の製造方法に関するもので
ある。 このような方法は、エツチングによつて酸化珪
素上に存在する窒化珪素層にパターンを形成する
のに特に好適である。かくして得られた窒化珪素
パターンは酸化マスクとして、またはイオンイン
プランテーシヨンのマスクとして用いることがで
きる。この場合、例えば、従来のトンネル反応器
におけるように、プラズマの殆ど荷電されていな
い成分を利用するため、エツチング中に露出され
る酸化珪素層の損傷が回避される。 従来技術 オランダ特許出願第7811183号は、前文に記載
された如き方法を開示している。この方法では、
反応器に供給される気体は四弗化珪素である。酸
化珪素は侵蝕（アタツク）されないのに対して、
この実質的には酸素のない気体において形成され
るプラズマの成分によつて窒化珪素は急速にエツ
チングされる。 この既知の方法の欠点は、上述の高いエツチン
グの選択性、すなわち窒化珪素と酸化珪素とのエ
ツチング速度間の比の高い値が実際上達成されな
いこと、並びにこの選択性の程度がエツチング中
に変化することである。 発明の開示 本発明の目的は、とりわけ、酸化珪素層に関し
ての高い選択性をもつて窒化珪素層をエツチング
するのを可能にし、そのエツチングの選択性がエ
ツチング中にほとんど変化しない方法を提供する
ことである。 本発明の方法は、0.1〜25体積％の弗素とは異
なるハロゲンまたは弗素とは異なるハロゲンを含
む気体化合物を、反応器に供給する気体または混
合気体に添加することを特徴とする。 本発明は、実用的にはプラズマは常に小量の酸
素を含み、この酸素によつて酸化珪素に関しての
窒化珪素のエツチング選択性が強く影響されると
いう事実を発見したことによつて得られたもので
ある。前記のオランダ特許出願にも示されている
ように、この選択性は、プラズマが形成されてい
る気体にほんの小量の、数体積％の酸素が添加さ
れても、急速に低減する。小さな漏洩口を通し
て、空気が１気圧より低い圧力において作動する
反応器の中に侵入することがある。さらに、反応
器の部品は作動中に酸素を放出することがある。 反応器内に不所望に存在する酸素は、プラズマ
中で活性化された酸素に転化され、その結果窒化
珪素が少なくとも一部酸素珪素に変化する。この
変化はエツチング中に進行する。活性化された酸
素は酸素珪素を高速でエツチングすることもあ
る。これは、酸化珪素に対する窒化珪素のエツチ
ングの選択性が比較的低く、かつエツチング中に
低減することに帰着する。しかし、本発明方法に
おいては活性化された酸素の原子が、基板に到達
する前に、プラスマ中に存在する弗素と異なるハ
ロゲンと反応し、可成り活性の弱い酸素原子に変
化するものと推定される。その結果、前記の不利
な効果が抑制されることが実例で証明された。 本発明による方法の好適例では、臭素または臭
素混合物を、反応器に供給されるる気体または混
合気体に添加する。 この添加により、酸化珪素に関しての窒化珪素
の高いエツチングの選択性が得られ、またその選
択性はエツチング中にほとんど変化しない。 反応器に供給される気体または混合気体がNF₃
を含む場合に、窒化珪素は、酸化珪素に対して極
めて選択的にしかも急速にエツチングされる。 実施例 以下図面により本発明を説明する。 第１図および第２図は、本発明により、基板２
上の珪素層３をエツチングする工程を示す。この
窒化珪素層３は、この実施例においては、酸化珪
素層４によつて基板２から分離されている。従来
の方法では、例えば、窒化珪素層３上にフオトラ
ツカーのマスク５を設け、その後窒化珪素層３の
被覆されていなかつた部分をエツチングで取除
く。かくして得られる窒素化珪素パターンを次い
で酸化工程の、またはイオン注入のマスクとして
用いることができる。 この窒化珪素層３は、第３図に示す反応器１０
内で形成されるプラズマの実質的に殆ど荷重して
いない成分に接触させることによつてエツチング
除去する。この反応器１０は石英ガラスの反応容
器１１を具え、この反応容器１１の内部にアルミ
ニウムのトンネル１２が配置されている。この反
応器１０において、電極系１３と高周波発生器１
４によつて、反応器の容器１１とトンネル１２と
の間の空間１５にプラズマが形成される。このト
ンネル１２には開口１６が設けられてあり、この
開口１６を通して、プラズマの実質的に荷重され
ていない成分のみがトンネル１２の中の空間１７
中に侵入しうる。この空間１７には、多くの基板
１のホールダー１８上に配列する。 弗素または弗素化合物を含む実質的に酸素のな
い気体または混合気体を、容器１９から反応器１
０に供給する。本発明によれば、0.1〜25体積％
の弗素とは異なるハロゲン、または弗素とは異な
るハロゲンを含む気化体含物を容器２０から反応
器１０に添加する。ポンプ２１によつて、反応器
１０内の空間を低圧に保つ。 本発明の方法によれば、次の例から明らかなよ
うに、窒化珪素を、酸化珪素に関して高い選択性
をもつてエツチングすることができ、しかもエツ
チング中にこのエツチングの選択性は実質的に変
化しない。漏洩口を通して侵入して来た酸素や、
反応器部品によつて放出される酸素が、プラズマ
において活性化した酸素となり、基板１に到達す
る前に、添加されたハロゲンと反応して活性のな
い酸素分子に変化するものと推定される。前述の
エツチングの選択性はこの活性化された酸素によ
つて悪影響を受ける。 臭素または臭素混合物を、反応器に供給する気
体または混合気体に添加すると好都合である。次
の例から明らかなように、酸化珪素に対しての窒
化珪素の高いエツチングの選択性を得ることがで
き、それはエツチング中に殆ど変化しない。特に
好適の臭素化合物はCF₃Brである。 以下に記載の例では、約20nｍの厚さの酸化珪
素層４によつて被覆され、約75nｍの直径および
約125nｍの厚さを有するシリコン ウエハー２
を、上述の如き反応器で形成されるプラズマによ
つてエツチングした。このプラズマは、13.56M
Hzの周波数で、高周波電界を用いて形成した。 例 １ 第４図は、窒化珪素および酸化珪素がエツチン
グされる速度Ｒを表わす。第５図は、弗素とは異
なるハロゲンを含みかつ反応器に供給する気体に
添加した気体化合物の量の函数としてのこれらの
速度の比（エツチングの選択率Ｓ）を示す。この
例の気体化合物はCF₃BrまたはCF₂Cl₂である。
この化合物を、約５体積％の量の弗素を含むヘリ
ウムと弗素との混合物に添加する。この気体流は
常時約200scc／分とし、供給した高周波電力は約
150Wであつた。基板の温度は約100℃であり、反
応器（リアクタ）の容器内の圧力は約200Pa（パ
スカル）であつた。 CF₃BrまたはCF₂Cl₂の添加によつて、エツチ
ングの選択性を増加させることができる。この選
択性がエツチング中に変化しないことがさらに次
の表から明らかになる。これを添加ハロゲンがな
い場合と対比する。

【表】 反応器へ供給する混合気体がヘリウムと２〜10
体積％の弗素とから成り、この混合気体に0.5〜
２体積％のCF₃Brを添加する場合に、エツチング
中変化しない特に好都合のエツチングの選択性が
得られるのは明らかである。 ヘリウムの代わりに、他の希ガスまたは窒素を
用いることができ、この場合には、僅かに均一で
ないプラズマが形成される。 例 ２ この例では、反応器に供給する気体または混合
気体はNF₃を含む。この場合の気流は5scc／分に
達し、圧力は約25Paであり、供給される電力は
100Wであり、さらに基板温度は約100℃であつ
た。ハロゲンの添加がなければ、酸化珪素に関し
ての窒化珪素のエツチングの選択性は約８であつ
た。５体積％のCF₂Cl₂を、反応器に供給する気
体に添加した場合、この選択性は約10となつた。
一方、10体積％のCF₃Brの添加により約12になつ
た。NF₃の使用は、窒化珪素を急速にエツチング
することができ、与えられた一定のエツチング条
件のもとで、このエツチング速度が約80nｍ／分
になるという特別の利点を有する。実用上望まれ
る場合には、他の気体−希ガス、窒素またはCF₄
のような遅効性エツチング気体の添加によつて、
高いエツチングの選択性を維持しながら、エツチ
ング速度を減少させることができる。 例 ３ この例では、反応器に供給される気体または混
合気体がCF₄から成り、この気体に５体積％の
Br₂を弗素とは異なるハロゲンとして添加した。
この気体の流れはこの例では200scc／分、この圧
力は67Paであり、さらに供給される電力は500W
であつた。これらの条件のもとで、窒化珪素を約
20nｍ／分の速度でエツチングした。酸化珪素に
関してこのエツチングの選択性は100よりも高か
つたが、反対にハロゲンの添加がなければこの選
択性は約５であつた。 例 ４ この例では、反応器に供給する気体または混合
気体をSF₆から構成した。これに対しハロゲン化
合物として、５体積％のCF₃Brを添加した。この
気体の流れは100scc／分であり、圧力が67Paで
あり、供給した電力が200Wであり、さらに基板
温度が125℃であつた。これらの条件のもとで5n
ｍ／分の速度で窒化珪素をエツチングした。酸化
珪素に関してのこのエツチングの選択性は10より
高く、これに反してハロゲンの添加なしではこの
選択性が約４であつた。 本発明は上述の例に限定されず、多くの変形が
可能である。例えば、臭素を含有する重合体のよ
うな、低圧でゆつくり蒸発する物質を反応器中に
導入することによつて反応器に供給される気体
に、弗素とは異なるハロゲンまたは弗素とは異な
るハロゲンを含有するハロゲン化合物を添加する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明方法による半導
体装置の違つた製造工程を示す断面図、第３図は
本発明方法を実施するための装置の模式図、第４
図および第５図はそれぞれ、窒化珪素および酸化
珪素の層のエツチング速度Ｒと、エツチングの選
択性Ｓを示すグラフである。 １，２……基板、３……窒化珪素層、４……酸
化珪素層、５……マスク、１０……反応器、１１
……反応容器、１２……トンネル、１３……電極
装置、１４……高周波発生器、１５……空間、１
６……開口、１７……空間、１８……ホールダ
ー、１９，２０……容器、２１……ポンプ、Ｒ…
…エツチング速度、Ｓ……エツチングの選択性。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弗素または弗素化合物を含むほとんど酸素の
   ない気体または混合気体が供給される反応器にお
   いて形成されるプラズマの殆ど電荷されていない
   成分と、基板上に存在する窒化珪素層とを接触さ
   せることによつてこの窒化珪素層をエツチングす
   る半導体装置の製造方法において、 0.1〜25体積％の弗素とは異なるハロゲン、ま
   たは弗素とは異なるハロゲンを含む気体化合物
   を、反応器に供給する気体または混合気体に添加
   することを特徴とする半導体装置の製造方法。 ２ 臭素または臭素化合物を反応器に供給する気
   体、または混合気体に添加することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 臭素化合物がCF₃Brであることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 反応器に供給する混合気体が、ヘリウムと、
   ２〜10体積％の弗素とから成り、該混合気体に
   0.5〜２体積％のCF₃Brを添加することを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の方法。 ５ 反応器に供給する気体または混合気体が、
   NF₃を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項ないし第３項のいずれか１項記載の方法。