JPH06224175A - ＣａＦ２エッチング法 - Google Patents
ＣａＦ２エッチング法Info
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- JPH06224175A JPH06224175A JP5199636A JP19963693A JPH06224175A JP H06224175 A JPH06224175 A JP H06224175A JP 5199636 A JP5199636 A JP 5199636A JP 19963693 A JP19963693 A JP 19963693A JP H06224175 A JPH06224175 A JP H06224175A
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
- H10P50/20—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching
- H10P50/28—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials
- H10P50/282—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials
- H10P50/283—Dry etching; Plasma etching; Reactive-ion etching of insulating materials of inorganic materials by chemical means
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＣａＦ2 表面を制御されたエッチ速度で平滑
にエッチングする方法を得る。 【構成】 本方法は、ＣａＦ2 表面１２を雰囲気化学種
１６に曝すこと、このＣａＦ2 表面１２および／または
雰囲気化学種１６を光刺激によって励起して、ＣａＦ2
表面１２と雰囲気化学種１６との反応を許容し、ＣａＦ
2 ／雰囲気化学種の反応生成物を形成させること、およ
びＣａＦ2 表面１２から雰囲気化学種１６およびＣａＦ
2 ／雰囲気化学種反応生成物を除去すること、の工程を
含む。
にエッチングする方法を得る。 【構成】 本方法は、ＣａＦ2 表面１２を雰囲気化学種
１６に曝すこと、このＣａＦ2 表面１２および／または
雰囲気化学種１６を光刺激によって励起して、ＣａＦ2
表面１２と雰囲気化学種１６との反応を許容し、ＣａＦ
2 ／雰囲気化学種の反応生成物を形成させること、およ
びＣａＦ2 表面１２から雰囲気化学種１６およびＣａＦ
2 ／雰囲気化学種反応生成物を除去すること、の工程を
含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的にＣａＦ2 をエッ
チングするための方法に関する。
チングするための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明の範囲を限定することなく、本発
明の背景について、一例として共鳴トンネリングデバイ
スのためのＣａＦ2 エピタキシャル層のエッチングに関
して説明する。
明の背景について、一例として共鳴トンネリングデバイ
スのためのＣａＦ2 エピタキシャル層のエッチングに関
して説明する。
【０００３】従来、この分野において共鳴トンネリング
デバイスはＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ構造を用いて作製さ
れてきた。しかし、もしシリコンに類似の実用的な共鳴
トンネリング技術を開発するのであれば、そのような技
術は既存の成熟したシリコン処理技術およびデバイス製
造ラインを更に発展させるものとなろう。
デバイスはＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ構造を用いて作製さ
れてきた。しかし、もしシリコンに類似の実用的な共鳴
トンネリング技術を開発するのであれば、そのような技
術は既存の成熟したシリコン処理技術およびデバイス製
造ラインを更に発展させるものとなろう。
【０００４】シリコンをベースとする共鳴トンネリング
技術は２つのシリコン層間にエピタキシャル的に挟まれ
る材料を必要とする。この挿入、あるいはサンドイッチ
状に挟まれる、エピタキシャル的に形成される材料は、
シリコンよりも広い禁止帯の幅を示すものでなければな
らない。ＣａＦ2 は１２．５ｅＶというエネルギー帯幅
を有するので、共鳴トンネリングデバイスを形成するた
めにＣａＦ2 ／Ｓｉ界面を利用することが可能である。
しかもＣａＦ2 はＳｉの格子定数とほとんど同一の室温
格子定数を有し、さらにＳｉと同じ結晶空間群に属して
いる。最近の研究ではＳｉの伝導帯を２．５ｅＶだけ持
ち上げることができ、ＣａＦ2 ／Ｓｉヘテロ構造が共鳴
トンネリングにとって有望な材料であることが示唆され
ている。図１はＣａＦ2 の禁止帯の幅に対する２．５ｅ
Ｖのオフセット効果を示している。
技術は２つのシリコン層間にエピタキシャル的に挟まれ
る材料を必要とする。この挿入、あるいはサンドイッチ
状に挟まれる、エピタキシャル的に形成される材料は、
シリコンよりも広い禁止帯の幅を示すものでなければな
らない。ＣａＦ2 は１２．５ｅＶというエネルギー帯幅
を有するので、共鳴トンネリングデバイスを形成するた
めにＣａＦ2 ／Ｓｉ界面を利用することが可能である。
しかもＣａＦ2 はＳｉの格子定数とほとんど同一の室温
格子定数を有し、さらにＳｉと同じ結晶空間群に属して
いる。最近の研究ではＳｉの伝導帯を２．５ｅＶだけ持
ち上げることができ、ＣａＦ2 ／Ｓｉヘテロ構造が共鳴
トンネリングにとって有望な材料であることが示唆され
ている。図１はＣａＦ2 の禁止帯の幅に対する２．５ｅ
Ｖのオフセット効果を示している。
【０００５】上述の共鳴トンネリングデバイスを形成す
るためには、ＣａＦ2 はＳｉと共にパターン加工できな
ければならない。しかしこれまでのところ、ＣａＦ2 を
エッチングするための許容し得る方法は開発されていな
い。現時点では、ＣａＦ2 をエッチするために３つの方
法が知られている：水によるもの、希硝酸（ＨＮＯ3）
によるもの、そして各種のエネルギー源を用いたドライ
エッチングである。水によるエッチングは信頼性に欠け
るのみならず、非常に遅い（水中へのＣａＦ2の溶解度
は非常に小さい２５℃において水１００グラム中に０．
００２グラムである）。エッチングの開始時点を決定す
ることも、エッチングの終了時点を決定することも、さ
らには現在進行していることを判断することも困難であ
る。更に、ＣａＦ2 をエッチするために水を用いた場合
は、それがＣａＦ2 膜に亀裂を生じさせ、”氷盤（アイ
スフロウ）”領域を作り出し、試料をだめにしてしまう
ことがある。硝酸による方法も、水によるものよりずっ
と優れているというわけでもない。希釈しないとＣａＦ
2 をエッチできない。薄め過ぎると、水の割合が増大す
るためと考えられるが、水による場合と同様の結果とな
る。水と硝酸との比率が３：１または２：１の希釈度で
はＣａＦ2 のエッチングは急速に進行し、２−３秒間で
１０００−２０００オングストロームの膜をエッチして
しまう。しかし、このエッチングの再現性は非常に悪
く、このエッチ速度を大量生産の場で定常的に再現する
ことはできない。更に、急速な等方的なエッチングの場
合、アンダーカットが大きいことも重大な問題点であ
る。このことは特に、ナノメートル寸法の構造を要求す
る共鳴トンネリングデバイスにＣａＦ2 を使用する場合
には重要である。
るためには、ＣａＦ2 はＳｉと共にパターン加工できな
ければならない。しかしこれまでのところ、ＣａＦ2 を
エッチングするための許容し得る方法は開発されていな
い。現時点では、ＣａＦ2 をエッチするために３つの方
法が知られている：水によるもの、希硝酸（ＨＮＯ3）
によるもの、そして各種のエネルギー源を用いたドライ
エッチングである。水によるエッチングは信頼性に欠け
るのみならず、非常に遅い（水中へのＣａＦ2の溶解度
は非常に小さい２５℃において水１００グラム中に０．
００２グラムである）。エッチングの開始時点を決定す
ることも、エッチングの終了時点を決定することも、さ
らには現在進行していることを判断することも困難であ
る。更に、ＣａＦ2 をエッチするために水を用いた場合
は、それがＣａＦ2 膜に亀裂を生じさせ、”氷盤（アイ
スフロウ）”領域を作り出し、試料をだめにしてしまう
ことがある。硝酸による方法も、水によるものよりずっ
と優れているというわけでもない。希釈しないとＣａＦ
2 をエッチできない。薄め過ぎると、水の割合が増大す
るためと考えられるが、水による場合と同様の結果とな
る。水と硝酸との比率が３：１または２：１の希釈度で
はＣａＦ2 のエッチングは急速に進行し、２−３秒間で
１０００−２０００オングストロームの膜をエッチして
しまう。しかし、このエッチングの再現性は非常に悪
く、このエッチ速度を大量生産の場で定常的に再現する
ことはできない。更に、急速な等方的なエッチングの場
合、アンダーカットが大きいことも重大な問題点であ
る。このことは特に、ナノメートル寸法の構造を要求す
る共鳴トンネリングデバイスにＣａＦ2 を使用する場合
には重要である。
【０００６】ＲＦ、マイクロ波、ＥＣＲ、その他の各種
エネルギー源のうちの任意のものによって駆動されるド
ライエッチング法は、壊れ易いＣａＦ2 結晶構造に対し
て重大な損傷をもたらし、ナノメートル寸法の共鳴トン
ネリングデバイスを形成する可能性までも損なってしま
う。
エネルギー源のうちの任意のものによって駆動されるド
ライエッチング法は、壊れ易いＣａＦ2 結晶構造に対し
て重大な損傷をもたらし、ナノメートル寸法の共鳴トン
ネリングデバイスを形成する可能性までも損なってしま
う。
【０００７】上述のいずれの方法にも当てはまる典型的
な問題点は、ＣａＦ2 が或る一定期間、エッチングに抵
抗し、次に優先的な領域に沿って急速にエッチし、Ｃａ
Ｆ2が薄片状に剥離してしまうということである。この
結果、表面はひどく粗化されてしまう。従来技術のエッ
チング方法によって最も頻繁に観測される構造は２つあ
る。膜の亀裂と厚さの変動を反映した表面のうねりとで
ある。うねり型の構造は致命的である。エピタキシャル
膜の厚さが小さく変動するだけでも共鳴トンネリング成
分に敏感な材料／デバイスの振る舞いにおいて大きな変
化となって現れるからである。膜の亀裂もまた同等に許
容できない。膜を通っての漏れはどのようなデバイスで
あっても特性を壊してしまうからである。更に、抵抗率
は材料の重要な特性値であって、注意深く制御されるべ
きものである。膜中の亀裂は作製された値を台無しにし
てしまう。従って、これらの問題点のすべて、あるいは
どれかを克服できる改善が現在求められている。
な問題点は、ＣａＦ2 が或る一定期間、エッチングに抵
抗し、次に優先的な領域に沿って急速にエッチし、Ｃａ
Ｆ2が薄片状に剥離してしまうということである。この
結果、表面はひどく粗化されてしまう。従来技術のエッ
チング方法によって最も頻繁に観測される構造は２つあ
る。膜の亀裂と厚さの変動を反映した表面のうねりとで
ある。うねり型の構造は致命的である。エピタキシャル
膜の厚さが小さく変動するだけでも共鳴トンネリング成
分に敏感な材料／デバイスの振る舞いにおいて大きな変
化となって現れるからである。膜の亀裂もまた同等に許
容できない。膜を通っての漏れはどのようなデバイスで
あっても特性を壊してしまうからである。更に、抵抗率
は材料の重要な特性値であって、注意深く制御されるべ
きものである。膜中の亀裂は作製された値を台無しにし
てしまう。従って、これらの問題点のすべて、あるいは
どれかを克服できる改善が現在求められている。
【０００８】
【発明の概要】ここにおいて、これまで述べてきた問題
点のすべて、あるいは任意のものを克服するようなＣａ
Ｆ2 エッチング法に対する需要が存在することが理解で
きよう。
点のすべて、あるいは任意のものを克服するようなＣａ
Ｆ2 エッチング法に対する需要が存在することが理解で
きよう。
【０００９】一般に、そして本発明の１つの態様とし
て、光励起によってＣａＦ2 表面をエッチングする方法
が開示されている。この方法は、ＣａＦ2 表面を雰囲気
化学種に曝すこと、光刺激によってこのＣａＦ2 表面お
よび／または雰囲気化学種を励起してＣａＦ2 表面と雰
囲気化学種との反応を許容し、ＣａＦ2 ／雰囲気化学種
の反応生成物を形成させること、そしてＣａＦ2 表面か
ら雰囲気化学種およびＣａＦ2 ／雰囲気化学種反応生成
物を除去することの工程を含んでいる。
て、光励起によってＣａＦ2 表面をエッチングする方法
が開示されている。この方法は、ＣａＦ2 表面を雰囲気
化学種に曝すこと、光刺激によってこのＣａＦ2 表面お
よび／または雰囲気化学種を励起してＣａＦ2 表面と雰
囲気化学種との反応を許容し、ＣａＦ2 ／雰囲気化学種
の反応生成物を形成させること、そしてＣａＦ2 表面か
ら雰囲気化学種およびＣａＦ2 ／雰囲気化学種反応生成
物を除去することの工程を含んでいる。
【００１０】本発明の別の態様として、ＣａＦ2 表面を
光刺激によってエッチングする方法であって、ＣａＦ2
表面を水で覆うこと、ＣａＦ2 表面および水に可視およ
び／または紫外光線を照射すること、半導体表面から水
を排除することの工程を含む方法が開示されている。
光刺激によってエッチングする方法であって、ＣａＦ2
表面を水で覆うこと、ＣａＦ2 表面および水に可視およ
び／または紫外光線を照射すること、半導体表面から水
を排除することの工程を含む方法が開示されている。
【００１１】本発明の更に別の１つの態様として、Ｃａ
Ｆ2 表面を光刺激によってエッチングする方法であっ
て、ＣａＦ2 表面を真空環境内に設置すること、ＣａＦ
2 表面の温度を露点まで冷却すること、真空環境中へ水
蒸気を導入すること、ＣａＦ2表面および凝縮した水を
可視および／または紫外光線で照射すること、そして環
境を再び真空に戻すことの工程を含む方法が開示されて
いる。
Ｆ2 表面を光刺激によってエッチングする方法であっ
て、ＣａＦ2 表面を真空環境内に設置すること、ＣａＦ
2 表面の温度を露点まで冷却すること、真空環境中へ水
蒸気を導入すること、ＣａＦ2表面および凝縮した水を
可視および／または紫外光線で照射すること、そして環
境を再び真空に戻すことの工程を含む方法が開示されて
いる。
【００１２】本発明の特長は、従来技術の方法によって
生ずる表面の粗化の問題を起こすことなしに、制御され
たＣａＦ2 のエッチングを可能とすることである。
生ずる表面の粗化の問題を起こすことなしに、制御され
たＣａＦ2 のエッチングを可能とすることである。
【００１３】本発明の以上の特徴およびそれ以外の特徴
については図面に示されている。図面では対応する要素
に対して同じ符号が付されている。
については図面に示されている。図面では対応する要素
に対して同じ符号が付されている。
【００１４】
【実施例】本発明の第１の好適実施例の方法を用いてＣ
ａＦ2 の滑らかで連続的なエッチングを達成することが
できる。図２を参照すると、ＣａＦ2 のエピタキシャル
層１２を有するシリコン基板１０がビーカ１４中に置か
れている。このビーカには次に水１６が満たされ、Ｃａ
Ｆ2 層１２の表面が水で覆われる。次にＣａＦ2 層１２
に対して、例えば、２００ワットのＨｇ／Ｘｅアークラ
ンプからの光エネルギー１８が照射される。
ａＦ2 の滑らかで連続的なエッチングを達成することが
できる。図２を参照すると、ＣａＦ2 のエピタキシャル
層１２を有するシリコン基板１０がビーカ１４中に置か
れている。このビーカには次に水１６が満たされ、Ｃａ
Ｆ2 層１２の表面が水で覆われる。次にＣａＦ2 層１２
に対して、例えば、２００ワットのＨｇ／Ｘｅアークラ
ンプからの光エネルギー１８が照射される。
【００１５】表１は２０００オングストロームのＣａＦ
2 膜を表面にエピタキシャル堆積させたＳｉ基板試料の
Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）から得た解析データを示す。
ＸＰＳは表面に敏感な分析手法であって、表面が主とし
てＣａＦ2 になっていることを（いくらかの表面不純物
は含んでいるが）示している。この試料のＸＰＳ測定で
Ｓｉが検出されなかったことに注目する必要がある。
2 膜を表面にエピタキシャル堆積させたＳｉ基板試料の
Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）から得た解析データを示す。
ＸＰＳは表面に敏感な分析手法であって、表面が主とし
てＣａＦ2 になっていることを（いくらかの表面不純物
は含んでいるが）示している。この試料のＸＰＳ測定で
Ｓｉが検出されなかったことに注目する必要がある。
【００１６】
【表１】 エッチング前
【００１７】表２は同じ試料について、本発明の第１の
好適実施例を用いて光刺激によるエッチングを施した後
のＸＰＳ測定結果を示す。同じ試料上でＣａＦ2 は２
２．３％に減少し、比較的多量のＳｉが検出されている
ことから、下側のＳｉ基板までＣａＦ2 が完全にエッチ
されてしまったことが推測される。この実験でエッチン
グを停止させるために目で見える停止点が用いられた。
すなわち、２０００オングストロームのＣａＦ2 層は
（回折のために）青く見え、エッチングは試料の青の着
色が消えたことが確認された後に停止させた。ＸＰＳ分
析は、このエッチングの後でもＣａＦ2 が検出されてい
ることから、もっと長くエッチングを続けるべきであっ
たことを示している。
好適実施例を用いて光刺激によるエッチングを施した後
のＸＰＳ測定結果を示す。同じ試料上でＣａＦ2 は２
２．３％に減少し、比較的多量のＳｉが検出されている
ことから、下側のＳｉ基板までＣａＦ2 が完全にエッチ
されてしまったことが推測される。この実験でエッチン
グを停止させるために目で見える停止点が用いられた。
すなわち、２０００オングストロームのＣａＦ2 層は
（回折のために）青く見え、エッチングは試料の青の着
色が消えたことが確認された後に停止させた。ＸＰＳ分
析は、このエッチングの後でもＣａＦ2 が検出されてい
ることから、もっと長くエッチングを続けるべきであっ
たことを示している。
【００１８】
【表２】 エッチング後
【００１９】本発明に関して注目すべき重要な点は、エ
ッチングがＣａＦ2 を優先的にエッチして、その下側の
Ｓｉ基板をエッチしないということである。実際、水雰
囲気中でのＳｉの光刺激によって基板表面に非常に薄い
ＳｉＯ2 層が生成することを示唆する証拠があり、この
層はウエハを次の処理工程まで運搬する間の表面の”シ
ール”として便利である。
ッチングがＣａＦ2 を優先的にエッチして、その下側の
Ｓｉ基板をエッチしないということである。実際、水雰
囲気中でのＳｉの光刺激によって基板表面に非常に薄い
ＳｉＯ2 層が生成することを示唆する証拠があり、この
層はウエハを次の処理工程まで運搬する間の表面の”シ
ール”として便利である。
【００２０】表１および２の試料ウエハは、更にＸ線蛍
光分析（ＸＲＦ）を用いて分析された。ＸＲＦはバルク
組成分析手法である。ＸＲＦ分析の結果は表３に示さ
れ、それによると光刺激エッチングによってエッチされ
たウエハは、エッチされていない対照ウエハと比べて、
ＣａＦ2 の９５％が除去されたことを示している。
光分析（ＸＲＦ）を用いて分析された。ＸＲＦはバルク
組成分析手法である。ＸＲＦ分析の結果は表３に示さ
れ、それによると光刺激エッチングによってエッチされ
たウエハは、エッチされていない対照ウエハと比べて、
ＣａＦ2 の９５％が除去されたことを示している。
【００２１】
【表３】 バルク分析
【００２２】本発明の第１の好適実施例は、オプション
としていろんなふうに修正することができる。例えば、
ウエハ１６に対して超音波の撹拌を与えて、基板１０の
表面から反応生成物を除去することを機械的に手助けし
てもよい。また、ウエハ１６を貯蔵された水１６の容器
に浸す代わりに、ウエハ１６を流れる、あるいはスプレ
ー状の水雰囲気に曝してもよい。移動する水は、固溶限
度（これが水中への溶解による除去を制限する）に達し
ないことを保証する。
としていろんなふうに修正することができる。例えば、
ウエハ１６に対して超音波の撹拌を与えて、基板１０の
表面から反応生成物を除去することを機械的に手助けし
てもよい。また、ウエハ１６を貯蔵された水１６の容器
に浸す代わりに、ウエハ１６を流れる、あるいはスプレ
ー状の水雰囲気に曝してもよい。移動する水は、固溶限
度（これが水中への溶解による除去を制限する）に達し
ないことを保証する。
【００２３】現時点で、ＣａＦ2 の光刺激によるエッチ
ングの化学反応は完全には分かっていないが、考え得る
反応の機構には基底状態のＣａＦ2 −雰囲気化学種付加
物前駆物質の電子的な励起が含まれると考えられる。励
起されるＣａＦ2 −雰囲気化学種アダクト前駆物質は、
ＣａＦ2 表面それ自身であるか、あるいは雰囲気化学種
（例えば、第１の好適実施例では水分子）、あるいは２
つの物質間に形成される複合体であろう（下記の式１−
３参照）。この励起は例えば、電子励起や、振動励起、
解離励起、その他が考えられる。励起の寿命は、ＣａＦ
2 −雰囲気化学種付加物からＣａＦ2 生成物を生ずる反
応が、基底状態のポテンシャルエネルギー（ＰＥ）面に
沿っての反応を損なうエネルギー障壁によって妨害され
ない励起状態の反応座標に沿って進行するように、十分
長いものである。ＣａＦ2 と雰囲気化学種の両方が同時
に励起される必要がある。結果の生成物はエッチされる
べき材料を含むのであるが、それは次にウエハ１０の表
面から雰囲気化学種と一緒に除去されるか、あるいは生
成物は雰囲気化学種中へ拡散して、従って、雰囲気化学
種が除去される時に一緒に除去される。機構がどのよう
なものであっても、表面のＣａＦ2 はエッチされ、除去
できる。
ングの化学反応は完全には分かっていないが、考え得る
反応の機構には基底状態のＣａＦ2 −雰囲気化学種付加
物前駆物質の電子的な励起が含まれると考えられる。励
起されるＣａＦ2 −雰囲気化学種アダクト前駆物質は、
ＣａＦ2 表面それ自身であるか、あるいは雰囲気化学種
（例えば、第１の好適実施例では水分子）、あるいは２
つの物質間に形成される複合体であろう（下記の式１−
３参照）。この励起は例えば、電子励起や、振動励起、
解離励起、その他が考えられる。励起の寿命は、ＣａＦ
2 −雰囲気化学種付加物からＣａＦ2 生成物を生ずる反
応が、基底状態のポテンシャルエネルギー（ＰＥ）面に
沿っての反応を損なうエネルギー障壁によって妨害され
ない励起状態の反応座標に沿って進行するように、十分
長いものである。ＣａＦ2 と雰囲気化学種の両方が同時
に励起される必要がある。結果の生成物はエッチされる
べき材料を含むのであるが、それは次にウエハ１０の表
面から雰囲気化学種と一緒に除去されるか、あるいは生
成物は雰囲気化学種中へ拡散して、従って、雰囲気化学
種が除去される時に一緒に除去される。機構がどのよう
なものであっても、表面のＣａＦ2 はエッチされ、除去
できる。
【００２４】次に、、可溶性のＣａＦ2 −雰囲気化学種
反応生成物を形成する、３つの考え得る反応を表す概略
の式を掲げる。
反応生成物を形成する、３つの考え得る反応を表す概略
の式を掲げる。
【００２５】
【数１】 ＣａＦ2 ＋ ｈν −−＞ＣａＦ2* ＣａＦ2* ＋ ＡＳ −−＞ＣａＦ2 ／ＡＳ* または ＣａＦ2 ／ＡＳ （可溶性）
【００２６】
【数２】 ＡＳ ＋ ｈν −−＞ＡＳ* ＡＳ* ＋ ＣａＦ2 −−＞ＣａＦ2 ／ＡＳ* または ＣａＦ2 ／ＡＳ （可溶性）
【００２７】
【数３】 ＣａＦ2---ＡＳ＋ｈν−−＞ＣａＦ2 ／ＡＳ* または ＣａＦ2 ／ＡＳ （可溶性）
【００２８】ここで、 ＣａＦ2 ＝ ＣａＦ2 表面 ＣａＦ2* ＝ エネルギー的に励起されたＣａＦ2 表面 ＡＳ ＝ 雰囲気化学種 ＡＳ* ＝ エネルギー的に励起された雰囲気化学種 ＣａＦ2 ／ＡＳ ＝ ＣａＦ2 とＡＳとの反応生成物 ＣａＦ2 ／ＡＳ* ＝ エネルギー的に励起された反応生
成物 ＣａＦ2---ＡＳ ＝ ＡＳに緩く結合されたＣａＦ2 更に、 ＡＳ ＝ ＰまたはＤ ここで、 Ｐ ＝ 親反応物 Ｄ ＝ 娘反応物
成物 ＣａＦ2---ＡＳ ＝ ＡＳに緩く結合されたＣａＦ2 更に、 ＡＳ ＝ ＰまたはＤ ここで、 Ｐ ＝ 親反応物 Ｄ ＝ 娘反応物
【００２９】そして、Ｄは自然に発生し、平衡状態にあ
るか、あるいは光刺激によって次のように生成される：
Ｐ ＋ ｈν ＝ Ｄ
るか、あるいは光刺激によって次のように生成される：
Ｐ ＋ ｈν ＝ Ｄ
【００３０】ＣａＦ2 の光刺激エッチングが方向性を持
ったエッチプロセスであることに注目することも重要で
ある。この反応は光露出によって大幅に促進されるの
で、フォトレジストマスク下のような光刺激に曝されな
いエリアではエッチングが起こらない。このエッチング
の方向性は、マスク下でアンダーカットを生じ、明確な
描画や非常に細かい構造の定義が不可能ではないにして
も困難である従来の湿式エッチに比べて大きな進歩であ
る。光刺激エッチングの別の１つの利点は、或る場合に
はフォトレジストマスクが全く不要となることである。
その場合は、光刺激はパターン化された露出として供給
され、光エネルギーが向けられた場所でのみＣａＦ2 表
面がエッチされ、刺激を受けないエリアではＣａＦ2 表
面のエッチングは起こらない。大きな表面に対しては、
ステップ・アンド・リピートの露光法が採用できる。
ったエッチプロセスであることに注目することも重要で
ある。この反応は光露出によって大幅に促進されるの
で、フォトレジストマスク下のような光刺激に曝されな
いエリアではエッチングが起こらない。このエッチング
の方向性は、マスク下でアンダーカットを生じ、明確な
描画や非常に細かい構造の定義が不可能ではないにして
も困難である従来の湿式エッチに比べて大きな進歩であ
る。光刺激エッチングの別の１つの利点は、或る場合に
はフォトレジストマスクが全く不要となることである。
その場合は、光刺激はパターン化された露出として供給
され、光エネルギーが向けられた場所でのみＣａＦ2 表
面がエッチされ、刺激を受けないエリアではＣａＦ2 表
面のエッチングは起こらない。大きな表面に対しては、
ステップ・アンド・リピートの露光法が採用できる。
【００３１】図３は本発明の第３の好適実施例を実施す
るために適した装置構成を示す。ＣａＦ2 のエピタキシ
ャル層１２を有するシリコン基板１０が温度制御された
チャック２０上に設置される。基板１０／チャック２０
は真空処理室２２中へ入れられ、真空処理室が排気され
る。次に、チャック２０（従って、基板１０／エピ層１
２）の温度を露点またはそれ以下に下げて、その後、処
理室２２中へ水蒸気２４が導入される。或る時間の後、
それの温度が露点にあるか、それよりも低いことのため
に、ＣａＦ2 １２表面に優先的に、凝縮した水２６の薄
い層が形成される。次に、基板１０／水２６には、例え
ば２００ワットの高圧Ｈｇ／Ｘｅアークランプからの光
エネルギー１８が５分間照射される。最後に、処理室２
２は排気され、すべての水蒸気２４、凝縮した水２６、
そしてエッチされたＣａＦ2 が除去される。オプション
として、基板は水の中に例えば５秒間浸して、次に窒素
ガスで乾燥させてＣａＦ2 反応生成物が除去される。
るために適した装置構成を示す。ＣａＦ2 のエピタキシ
ャル層１２を有するシリコン基板１０が温度制御された
チャック２０上に設置される。基板１０／チャック２０
は真空処理室２２中へ入れられ、真空処理室が排気され
る。次に、チャック２０（従って、基板１０／エピ層１
２）の温度を露点またはそれ以下に下げて、その後、処
理室２２中へ水蒸気２４が導入される。或る時間の後、
それの温度が露点にあるか、それよりも低いことのため
に、ＣａＦ2 １２表面に優先的に、凝縮した水２６の薄
い層が形成される。次に、基板１０／水２６には、例え
ば２００ワットの高圧Ｈｇ／Ｘｅアークランプからの光
エネルギー１８が５分間照射される。最後に、処理室２
２は排気され、すべての水蒸気２４、凝縮した水２６、
そしてエッチされたＣａＦ2 が除去される。オプション
として、基板は水の中に例えば５秒間浸して、次に窒素
ガスで乾燥させてＣａＦ2 反応生成物が除去される。
【００３２】第２の好適実施例の方法もいろんなふうに
修正され得る。例えば、ＣａＦ2 および／または雰囲気
化学種を励起するために光源を使用する代わりに、他の
エネルギー源、例えば、各種のプラズマ技術（例えば、
電子サイクロトロンリアクタ（ＥＣＲ）等）によって発
生させ、表面へ導かれた活動的なイオンエネルギーや、
電子フラックス、電磁場源（例えば、ＲＦ、マイクロ波
等）を用いて、あるいは電子やイオンの広域エネルギー
源を高真空下で用いてもよい。水が表面に凝縮した後
に、表面は露点よりも高い温度に加熱され、それによっ
てすでにＣａＦ2との間で付加物を形成しているものを
除くすべての水分子が排除される（これによって付加物
の光刺激に対するより効率的な露光が可能となる）。ま
た、この気相または液相の雰囲気化学種は酸性であって
もアルカリ性であっても（すなわち、ＨＣｌあるいはＮ
Ｈ4 ＯＨ）、あるいは標準的な湿式エッチ液（例えば、
ＨＦ）であっても構わない。上述のように、ほとんどの
湿式エッチ方式はＣａＦ2 表面および／または雰囲気化
学種の励起によってメリットを得る。更に加えて、処理
室中へ導入される水蒸気は湿っていても、乾燥していて
も構わない。
修正され得る。例えば、ＣａＦ2 および／または雰囲気
化学種を励起するために光源を使用する代わりに、他の
エネルギー源、例えば、各種のプラズマ技術（例えば、
電子サイクロトロンリアクタ（ＥＣＲ）等）によって発
生させ、表面へ導かれた活動的なイオンエネルギーや、
電子フラックス、電磁場源（例えば、ＲＦ、マイクロ波
等）を用いて、あるいは電子やイオンの広域エネルギー
源を高真空下で用いてもよい。水が表面に凝縮した後
に、表面は露点よりも高い温度に加熱され、それによっ
てすでにＣａＦ2との間で付加物を形成しているものを
除くすべての水分子が排除される（これによって付加物
の光刺激に対するより効率的な露光が可能となる）。ま
た、この気相または液相の雰囲気化学種は酸性であって
もアルカリ性であっても（すなわち、ＨＣｌあるいはＮ
Ｈ4 ＯＨ）、あるいは標準的な湿式エッチ液（例えば、
ＨＦ）であっても構わない。上述のように、ほとんどの
湿式エッチ方式はＣａＦ2 表面および／または雰囲気化
学種の励起によってメリットを得る。更に加えて、処理
室中へ導入される水蒸気は湿っていても、乾燥していて
も構わない。
【００３３】水雰囲気中で光刺激に曝されたシリコン表
面の初歩的な分析は、処理の後に二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2 ）が表面で４倍に増加していることを示している
（採用された分析手法は約４０オングストロームの深さ
まで感度を有する）。これは、表面がＣａＦ2 のエッチ
の後に有効に”シール”されて、次の処理工程が実施で
きるまで、それ以上の汚染を受けることから保護すると
いう重要なメリットを付加する。
面の初歩的な分析は、処理の後に二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2 ）が表面で４倍に増加していることを示している
（採用された分析手法は約４０オングストロームの深さ
まで感度を有する）。これは、表面がＣａＦ2 のエッチ
の後に有効に”シール”されて、次の処理工程が実施で
きるまで、それ以上の汚染を受けることから保護すると
いう重要なメリットを付加する。
【００３４】以上のように数少ない実施例について詳細
に説明してきた。本発明の範囲には、ここに述べたもの
とは異なるが、本発明の範囲には含まれるようなその他
の実施例を包含することは理解されたい。
に説明してきた。本発明の範囲には、ここに述べたもの
とは異なるが、本発明の範囲には含まれるようなその他
の実施例を包含することは理解されたい。
【００３５】光刺激という用語は、ここでは説明の便宜
上で使用されたものであるが、明細書および特許請求の
範囲を通して、”光”という用語は”放射エネルギー”
または”活動的なイオンエネルギー”で以て置き換える
ことができる。
上で使用されたものであるが、明細書および特許請求の
範囲を通して、”光”という用語は”放射エネルギー”
または”活動的なイオンエネルギー”で以て置き換える
ことができる。
【００３６】含むという用語は本発明の範囲に関する場
合、非排他的に解釈されるべきである。
合、非排他的に解釈されるべきである。
【００３７】本発明は例示の実施例に関して説明してき
たが、この説明は限定的なものではない。本明細書を参
考にして、例示実施例に対して各種の修正や組み合わせ
が、本発明のその他の実施例と共に、当業者には明かで
あろう。従って、特許請求の範囲はそのようなすべての
修正や実施例を包含すると解釈されるべきである。
たが、この説明は限定的なものではない。本明細書を参
考にして、例示実施例に対して各種の修正や組み合わせ
が、本発明のその他の実施例と共に、当業者には明かで
あろう。従って、特許請求の範囲はそのようなすべての
修正や実施例を包含すると解釈されるべきである。
【００３８】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）ＣａＦ2 表面の光刺激エッチングを行う方法であ
って：前記表面を雰囲気化学種に曝すこと、前記表面お
よび／または前記雰囲気化学種を、前記表面と前記雰囲
気化学種との間でＣａＦ2 ／雰囲気化学種反応生成物を
形成する反応を許容するに十分な刺激によって励起する
こと、および前記雰囲気化学種および前記反応生成物を
前記表面から除去すること、の工程を含む方法。
る。 （１）ＣａＦ2 表面の光刺激エッチングを行う方法であ
って：前記表面を雰囲気化学種に曝すこと、前記表面お
よび／または前記雰囲気化学種を、前記表面と前記雰囲
気化学種との間でＣａＦ2 ／雰囲気化学種反応生成物を
形成する反応を許容するに十分な刺激によって励起する
こと、および前記雰囲気化学種および前記反応生成物を
前記表面から除去すること、の工程を含む方法。
【００３９】（２）第１項記載の方法であって、前記被
覆工程が、前記表面を液体雰囲気化学種中に浸すことを
含んでいる方法。
覆工程が、前記表面を液体雰囲気化学種中に浸すことを
含んでいる方法。
【００４０】（３）第１項記載の方法であって、前記被
覆工程が、前記表面への気相雰囲気化学種を凝縮させる
ことを含んでいる方法。
覆工程が、前記表面への気相雰囲気化学種を凝縮させる
ことを含んでいる方法。
【００４１】（４）第１項記載の方法であって、前記雰
囲気化学種が水である方法。
囲気化学種が水である方法。
【００４２】（５）第１項記載の方法であって、前記励
起がＨｇ／Ｘｅアークランプによって供給される方法。
起がＨｇ／Ｘｅアークランプによって供給される方法。
【００４３】（６）第１項記載の方法であって、前記表
面を励起する工程が、パターン化された光刺激を前記表
面上へ投影させることを含んでいる方法。
面を励起する工程が、パターン化された光刺激を前記表
面上へ投影させることを含んでいる方法。
【００４４】（７）第１項記載の方法であって、更に、
前記雰囲気化学種を前記表面上へ流す工程を含む方法。
前記雰囲気化学種を前記表面上へ流す工程を含む方法。
【００４５】（８）第１項記載の方法であって、更に、
前記雰囲気化学種を撹拌する工程を含む方法。
前記雰囲気化学種を撹拌する工程を含む方法。
【００４６】（９）ＣａＦ2 表面を光刺激エッチングす
るための方法であって：前記ＣａＦ2 表面を水で以て被
覆すること、前記ＣａＦ2 表面および前記水へ可視およ
び／または紫外光線を照射すること、および前記水を前
記ＣａＦ2 表面から排除すること、の工程を含む方法。
るための方法であって：前記ＣａＦ2 表面を水で以て被
覆すること、前記ＣａＦ2 表面および前記水へ可視およ
び／または紫外光線を照射すること、および前記水を前
記ＣａＦ2 表面から排除すること、の工程を含む方法。
【００４７】（１０）第９項記載の方法であって、更
に、前記ＣａＦ2 表面を窒素ガスで以て乾燥させる工程
を含む方法。
に、前記ＣａＦ2 表面を窒素ガスで以て乾燥させる工程
を含む方法。
【００４８】（１１）第９項記載の方法であって、更
に、前記ＣａＦ2 表面を水でリンスする工程を含む方
法。
に、前記ＣａＦ2 表面を水でリンスする工程を含む方
法。
【００４９】（１２）第１１項記載の方法であって、更
に、前記ＣａＦ2 表面を窒素ガスで以て乾燥させる工程
を含む方法。
に、前記ＣａＦ2 表面を窒素ガスで以て乾燥させる工程
を含む方法。
【００５０】（１３）第９項記載の方法であって、更
に、前記表面上へ前記水を流す工程を含む方法。
に、前記表面上へ前記水を流す工程を含む方法。
【００５１】（１４）第９項記載の方法であって、更
に、前記水を撹拌する工程を含む方法。
に、前記水を撹拌する工程を含む方法。
【００５２】（１５）ＣａＦ2 表面を光刺激エッチング
する方法であって：前記ＣａＦ2 表面を真空環境中へ設
置すること、前記真空環境中へ水蒸気を導入すること、
および前記ＣａＦ2 表面および前記表面上にあるすべて
の水に対して可視および／または紫外光線を照射するこ
と、の工程を含む方法。
する方法であって：前記ＣａＦ2 表面を真空環境中へ設
置すること、前記真空環境中へ水蒸気を導入すること、
および前記ＣａＦ2 表面および前記表面上にあるすべて
の水に対して可視および／または紫外光線を照射するこ
と、の工程を含む方法。
【００５３】（１６）第１５項記載の方法であって、更
に、前記ＣａＦ2 表面の温度を露点またはそれより低く
保持する工程を含む方法。
に、前記ＣａＦ2 表面の温度を露点またはそれより低く
保持する工程を含む方法。
【００５４】（１７）第１５項記載の方法であって、更
に、前記ＣａＦ2 表面の温度を露点よりも高く保持する
工程を含む方法。
に、前記ＣａＦ2 表面の温度を露点よりも高く保持する
工程を含む方法。
【００５５】（１８）第１５項記載の方法であって、前
記水蒸気がスチームである方法。
記水蒸気がスチームである方法。
【００５６】（１９）第１５項記載の方法であって、更
に、前記環境を真空へ戻す工程を含む方法。
に、前記環境を真空へ戻す工程を含む方法。
【００５７】（２０）第１５項記載の方法であって、更
に、前記ＣａＦ2 表面を窒素ガスで以て乾燥させる工程
を含む方法。
に、前記ＣａＦ2 表面を窒素ガスで以て乾燥させる工程
を含む方法。
【００５８】（２１）第１５項記載の方法であって、更
に、前記ＣａＦ2 表面を水でリンスする工程を含む方
法。
に、前記ＣａＦ2 表面を水でリンスする工程を含む方
法。
【００５９】（２２）第２１項記載の方法であって、更
に、前記ＣａＦ2 表面を窒素ガスで以て乾燥させる工程
を含む方法。
に、前記ＣａＦ2 表面を窒素ガスで以て乾燥させる工程
を含む方法。
【００６０】（２３）一般に、そして本発明の１つの態
様として、ＣａＦ2 表面１２を光刺激エッチングする方
法であって、ＣａＦ2 表面１２を雰囲気化学種１６に曝
すこと、このＣａＦ2 表面１２および／または雰囲気化
学種１６を光刺激によって励起して、ＣａＦ2 表面１２
と雰囲気化学種１６との反応を許容し、ＣａＦ2 ／雰囲
気化学種の反応生成物を形成させること、およびＣａＦ
2 表面１２から雰囲気化学種１６およびＣａＦ2 ／雰囲
気化学種反応生成物を除去すること、の工程を含む方法
が提案されている。その他の装置、システム、および方
法についても開示されている。
様として、ＣａＦ2 表面１２を光刺激エッチングする方
法であって、ＣａＦ2 表面１２を雰囲気化学種１６に曝
すこと、このＣａＦ2 表面１２および／または雰囲気化
学種１６を光刺激によって励起して、ＣａＦ2 表面１２
と雰囲気化学種１６との反応を許容し、ＣａＦ2 ／雰囲
気化学種の反応生成物を形成させること、およびＣａＦ
2 表面１２から雰囲気化学種１６およびＣａＦ2 ／雰囲
気化学種反応生成物を除去すること、の工程を含む方法
が提案されている。その他の装置、システム、および方
法についても開示されている。
【００６１】関連出願へのクロスリファレンス下記の同
時特許出願は、ここに参考のために引用する。 出願番号 出願日 ＴＩケース番号 第０７／８７１，８６２号 １９９２年４月２０日 ＴＩ−１５９３０
時特許出願は、ここに参考のために引用する。 出願番号 出願日 ＴＩケース番号 第０７／８７１，８６２号 １９９２年４月２０日 ＴＩ−１５９３０
【図１】ＣａＦ2 のバンドギャップの２．５ｅＶのオフ
セットの効果を示すエネルギーバンド図。
セットの効果を示すエネルギーバンド図。
【図２】第１の好適実施例を実施するために適した装置
を示す図。
を示す図。
【図３】第２の好適実施例を実施するために適した装置
を示す図。
を示す図。
【符号の説明】 １０ シリコン基板 １２ ＣａＦ2 エピタキシャル層 １４ ビーカ １６ 水 １８ 光エネルギー ２０ チャック ２２ 真空処理室 ２４ 水蒸気 ２６ 凝縮した水
Claims (1)
- 【請求項１】 ＣａＦ2 表面の光刺激エッチングを行う
方法であって：前記表面を雰囲気化学種に曝すこと、 前記表面および／または前記雰囲気化学種を、前記表面
と前記雰囲気化学種との間でＣａＦ2 ／雰囲気化学種反
応生成物を形成する反応を許容するに十分な刺激によっ
て励起すること、および前記雰囲気化学種および前記反
応生成物を前記表面から除去すること、 の工程を含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US92908192A | 1992-08-12 | 1992-08-12 | |
| US929081 | 1992-08-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224175A true JPH06224175A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=25457286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5199636A Pending JPH06224175A (ja) | 1992-08-12 | 1993-08-11 | ＣａＦ２エッチング法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6177358B1 (ja) |
| EP (1) | EP0589199A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06224175A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030062126A1 (en) * | 2001-10-03 | 2003-04-03 | Scaggs Michael J. | Method and apparatus for assisting laser material processing |
| SG121697A1 (en) * | 2001-10-25 | 2006-05-26 | Inst Data Storage | A method of patterning a substrate |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4028135A (en) * | 1976-04-22 | 1977-06-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method of cleaning surfaces by irradiation with ultraviolet light |
| DE3242142C2 (de) * | 1982-11-13 | 1985-06-20 | Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich | Latentwärmespeicherpackung |
| US4478677A (en) * | 1983-12-22 | 1984-10-23 | International Business Machines Corporation | Laser induced dry etching of vias in glass with non-contact masking |
| US5068040A (en) | 1989-04-03 | 1991-11-26 | Hughes Aircraft Company | Dense phase gas photochemical process for substrate treatment |
| EP0516142A3 (en) * | 1991-05-31 | 1993-06-09 | Texas Instruments Incorporated | Photo-stimulated etching of caf2 |
-
1993
- 1993-08-11 JP JP5199636A patent/JPH06224175A/ja active Pending
- 1993-08-12 EP EP93112937A patent/EP0589199A1/en not_active Withdrawn
- 1993-12-30 US US08/175,865 patent/US6177358B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0589199A1 (en) | 1994-03-30 |
| US6177358B1 (en) | 2001-01-23 |
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