JPH06349787A - エッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は被エッチング物質を高いエッチン
グレ−トでエッチングできるようにしたエッチング方法
を提供することにある。 【構成】 エッチングチャンバ１内に設置された被エッ
チング物質８をエッチングする方法において、上記被エ
ッチング物質の表面に金（Ａｕ）の薄膜９を形成する第
１の工程と、この第１の工程によって金の薄膜が形成さ
れた被エッチング物質を上記エッチングチャンバ内に設
置する第２の工程と、上記被エッチング物質の表面の高
いエッチングレ−トを得たい部分を活性酸素にさらして
上記被エッチング物質をエッチングする第３の工程とを
具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はたとえば半導体電子デ
バイスの製造工程においてシリコン基板にエッチングを
施すためのエッチング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体電子デバイスの製造工程において
は、微細加工が重要な役割を担っており、その微細加工
としてエッチング技術が用いられている。つまり、フォ
トリソグラフィ−により転写された微細なフォトレジス
トパタ−ンを被エッチング物質としてのシリコン基板に
転写する方法として上記エッチング技術が用いられてい
る。

【０００３】エッチング技術にはドライエッチングとウ
エットエッチングとがあり、最近ではエッチング条件の
選択によって異方性エッチングを実現することができる
ドライエッチングが注目されている。ドライエッチング
の一般的な装置の構造としては、エッチングチャンバを
有し、このエッチングチャンバ内にエッチング反応性ガ
スを導入するとともに、このエッチング反応性ガスを放
電などの手段によって励起してプラズマ状態にし、ハロ
ゲンラジカルやイオンなどの活性種を作り、その活性種
と上記エッチングチャンバ内に配置されたシリコン基板
との反応あるいはスパッタ作用によってエッチングを行
う、リアクテイブイオンエッチング装置やダウンフロ−
エッチング装置などが知られている。

【０００４】このような半導体デバイスのエッチングに
際しては、生産性の向上を計るためにエッチングレ−ト
（エッチング速度）を向上させることが要求される。そ
れと同時に、上記シリコン基板に部分的に深さの異なる
複雑な形状のエッチングを行うことが要求されることも
ある。

【０００５】エッチングレ−トを向上させるためにはエ
ッチング反応性ガスの種類、エッチング反応性ガスの励
起電力の強度、エッチングチャンバの圧力などのエッチ
ング条件を制御するということが行われている。しかし
ながら、このようなエッチング条件の制御によって得ら
れるエッチングレ−トの向上には限界があった。

【０００６】また、シリコン基板に部分的に深さの異な
る複雑な形状のエッチングを行う場合には、そのエッチ
ング深さを違えるために、上記シリコン基板に対するレ
ジストの塗布、パタ−ニングおよびエッチングの各作業
を繰り返して行わなければならないため、生産性が大幅
に低下するということがあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来はエ
ッチングレ−トを十分に向上させるということができな
いということがあるばかりか、深さの異なる複雑な形状
のエッチングを能率よく行うということもできなかっ
た。

【０００８】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、エッチングレ−トの向上
を計ることができるとともに、部分的に深さの異なる複
雑な形状のエッチングを１回のエッチング工程で能率よ
く行うこともできるようにしたエッチング方法を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、エッチングチャンバ内に設置された被エ
ッチング物質をエッチングする方法において、上記被エ
ッチング物質の表面に金（Ａｕ）の薄膜を形成する第１
の工程と、この第１の工程によって金の薄膜が形成され
た被エッチング物質を上記エッチングチャンバ内に設置
する第２の工程と、上記被エッチング物質の表面の高い
エッチングレ−トを得たい部分を活性酸素にさらして上
記被エッチング物質をエッチングする第３の工程とを具
備したことを特徴とするエッチング方法にある。

【００１０】

【作用】このようなエッチング方法によれば、エッチン
グ用反応性ガスが金の薄膜と接触することで、被エッチ
ング物質を高いエッチングレ−トでエッチングすること
ができ、また金の薄膜を活性酸素にさらすことで、さら
された部分のエッチングレ−ト、つまりエッチング深さ
を、さらされない部分に比べて十分に大きくすることが
できる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１と図２を参
照して説明する。図１はこの発明に用いられるエッチン
グ装置を示し、１はエッチングチャンバである。このエ
ッチングチャンバ１の上部には石英などの材料によって
形成された輸送管２の一端が接続されている。この輸送
管２の他端はエッチング用反応性ガスの供給源３に接続
されている。エッチング用反応性ガスとしては、四弗化
炭素（ＣＦ₄ ）と酸素（Ｏ₂ ）との混合ガスが用いられ
ているが、四弗化炭素以外のハロゲンガス、たとえば六
弗化イオウ（ＳＦ₆ ）、三弗化窒素（ＮＦ₃ ）あるいは
弗素（Ｆ₂ ）と酸素との混合ガスであってもよい。

【００１２】上記輸送管２の中途部にはマイクロ波の導
波管４ａの一端部が気密に貫通して設けられている。こ
の導波管４ａの他端はマイクロ波の発生源４に接続され
ている。したがって、上記輸送管２を流れるエッチング
反応性ガスは上記導波管４ａが貫通する部分で、この導
波管４ａからのマイクロ波によって励起されてプラズマ
状態にされ、ハロゲンラジカルやイオンなどの活性種が
作られる。

【００１３】プラズマ状態にされたエッチング反応性ガ
スは上記エッチングチャンバ１に流入する。このエッチ
ングチャンバ１内の上部には石英あるいはアルミナ製の
整流板５が配設されている。この整流板５には多数の通
孔６が穿設されている。エッチング反応性ガスはこれら
の通孔６を通過することで、エッチングチャンバ１の横
断面における流速分布がほぼ均一になる。

【００１４】上記整流板５の下面側には載置台７が設け
られ、この載置台７の上面には被エッチング物質として
のシリコン基板８が載置される。このシリコン基板８に
は、載置台７に載置される前に、図２に示すように金
（Ａｕ）の薄膜９が、後述する手段により、たとえば10
0 Ａ（オングストロ−ム）の厚さで設けられる。

【００１５】上記エッチングチャンバ１には、その側壁
のシリコン基板８よりも下方の部位に排気管１２の一端
が接続されている。この排気管１２の他端は排気ポンプ
１３に接続されている。したがって、上記排気ポンプ１
３による排気量を制御することで、エッチングチャンバ
１内の圧力を制御できるようになっている。

【００１６】上記エッチングチャンバ１内の上記載置台
７の上方には支持体１５が設けられている。この支持体
１５には、酸素イオンビ−ムを出射するイオン銃１６が
ＸＹ方向に移動自在に設けられている。このイオン銃１
６はエッチングチャンバ１の外部に設けられた図示しな
い操作部によってＸＹ方向に移動させることができるよ
うになっている。それによって、上記イオン銃１６から
出射するイオンビ−ムを上記シリコン基板８上でＸＹ方
向に走査させ、任意の部位を照射することができるよう
になっている。

【００１７】上記エッチングチャンバ１には蒸着チャン
バ２１が仕切弁２２を介して隣接して設けられている。
この蒸着チャンバ２１には上記エッチングチャンバ１に
搬入される前に上記シリコン基板８が供給される載置台
２３が設けられている。上記蒸着チャンバ２１の天井部
には金を加熱蒸発させて上記シリコン基板８に蒸着させ
る蒸着源２４が設けられている。さらに、蒸着チャンバ
２１にはその内部を減圧する排気ポンプ２５が排気管２
６を介して接続されている。

【００１８】したがって、上記蒸着チャンバ２１に供給
されたシリコン基板８には、上記蒸着源２４によって金
の薄膜９が所定の厚さで設けられる。なお、シリコン基
板８に金の薄膜９を形成する方法としては、蒸着法に代
わり、スパッタリング法など他の方法であってよい。

【００１９】このような構成のエッチング装置によって
シリコン基板８にエッチングを行うには、まず、シリコ
ン基板８を蒸着チャンバ２１の載置台２３上に供給す
る。ついで、排気ポンプ２５を作動させて上記蒸着チャ
ンバ２１を所定の圧力に減圧した後、蒸着源２４から金
（Ａｕ）を蒸発させ、上記シリコン基板８に金の薄膜９
を蒸着する。

【００２０】このようにして、シリコン基板８に金の薄
膜を形成したならば、仕切弁２２を開放して上記シリコ
ン基板８をエッチングチャンバ１の載置台７上に図示し
ないロボットハンドンによって移載する。移載後、上記
仕切弁２２を閉じ、エッチングチャンバ１内を所定の圧
力に減圧したならば、まず、そのシリコン基板８の他の
部分よりも深くエッチングしたい部分に、イオン銃１６
から出射させたイオンビ−ムを照射する。つまり、シリ
コン基板８の一部分を活性酸素にさらす。

【００２１】つぎに、エッチング反応性ガスの供給源３
から輸送管２へエッチング反応性ガスを供給するととも
に、マイクロ波の発生源４を作動させて導波管４ａへマ
イクロ波を供給する。それによって、上記導波管４ａを
透過したマイクロ波によって輸送管２を流れるエッチン
グ反応性ガスが励起されてプラズマ状態となり、ハロゲ
ンラジカルやイオンなどの活性種が作られ、活性種を含
むエッチング反応性ガスがエッチングチャンバ１内へ流
入する。エッチングチャンバ１内へ流入したエッチング
反応性ガスは載置台７上に載置されたシリコン基板８を
エッチングする。

【００２２】上記エッチング反応性ガスによるシリコン
基板８へのエッチングレ−トは、シリコン基板８に金
（Ａｕ）の薄膜９を形成した場合には、薄膜９を形成し
ない場合に比べて大きく、しかも図２（ａ）、（ｂ）に
拡大して示すように、単に金（Ａｕ）の薄膜９が形成さ
れた第１の部分９ａよりも、その薄膜９を活性酸素でさ
らした第２の部分９ｂの方が大きいことが確認された。

【００２３】したがって、シリコン基板８に薄膜９を設
けることでエッチングレ−トを十分に高めることがで
き、しかもその薄膜９を活性酸素にさらすことで、その
部分を他の部分に比べて深くエッチングすることができ
る。つまり、一回のエッチング工程で、部分的に深さが
異なるエッチングを行うことができる。

【００２４】図３はこの発明の実験結果を示す。同図中
白三角の曲線Ａはポリシリコンの基板をＣＦ₄ のエッチ
ング反応性ガスの雰囲気中でエッチングした場合で、白
丸の曲線Ｂはポリシリコンの基板に金（Ａｕ）の薄膜を
形成してＣＦ₄ のエッチング反応性ガスの雰囲気中でエ
ッチングした場合である。さらに、黒丸の曲線Ｃはポリ
シリコンの基板に金（Ａｕ）の薄膜を形成し、その薄膜
をＯ₂ プラズマに３０秒間さらしてエッチングした場合
である。上記ＣＦ₄ のエッチング反応性ガスによるエッ
チング条件と、Ｏ₂ プラズマを発生させるための条件は
下記表１の通りである。

【００２５】

【表１】

【００２６】エッチングチャンバ１内に、Ｏ₂ プラズマ
を供給する手段としては、図４に示すように輸送管２に
エッチング反応性ガスの供給源３とともに酸素ガス供給
源３１を接続し、この酸素ガス供給源３１から供給され
る酸素を、エッチングチャンバ１に流入する前に、導波
管４ａからのマイクロ波によって励起することで、プラ
ズマ状態とするようにした。プラズマ状態に励起された
酸素ガスをエッチングチャンバ１内に供給することで、
上記一実施例に示されたイオン銃１６からの酸素イオン
ビ−ムによってシリコン基板８を照射する場合と同様、
エッチングチャンバ１内に設置されたシリコン基板８の
薄膜９を活性酸素にさらすことができる。

【００２７】図３の実験結果より、曲線Ａで示すポリシ
リコン基板を単にＣＦ₄ のエッチング反応性ガスの雰囲
気中でエッチングするよりも、曲線Ｂで示すポリシリコ
ン基板に金（Ａｕ）の薄膜を設けた状態でエッチングし
た場合の方がエッチングレ−トが向上することが確認さ
れた。さらに、曲線Ｃで示すポリシリコン基板に金の薄
膜を設けた場合よりも、その薄膜を活性酸素でさらした
場合の方がエッチングレ−ト（エッチング深さ）がさら
に向上することが確認された。

【００２８】なお、上記曲線Ａの場合のエッチング深さ
は３６６（Ａ／min ）であり、曲線Ｂの場合のエッチン
グ深さは３７８（Ａ／min ）であり、曲線Ｂの場合のエ
ッチング深さは１２７５（Ａ／min ）であった。

【００２９】したがって、ポリシリコンの基板の表面全
体に金（Ａｕ）の薄膜を設けることで、全体のエッチン
グ速度を向上させることができ、さらにエッチング速度
を速めたい場合には上記薄膜を活性酸素でさらすことに
よって可能となる。

【００３０】Ｏ₂ プラズマによって薄膜を活性酸素にさ
らせば、そのシリコン基板の表面全体のエッチングレ−
トを向上させることができる。それに対して上記一実施
例に示されたイオン銃１６を用いれば、薄膜の一部分を
活性酸素にさらすことができるから、その部分を他の部
分に比べて深くエッチングすることが可能となる。した
がって、１回のエッチング工程で深さの異なる部分を有
する形状のエッチングが可能となる。イオン銃１６を用
いて薄膜を活性酸素にさらした場合も、Ｏ₂ プラズマに
よって活性酸素にさらした場合と同様のエッチング効果
が得られる。

【００３１】なお、この発明に用いられるエッチング反
応性ガスとしては、フッソ系のハロゲンガスの他に、塩
素系あるいは臭素系のハロゲンガスであってもよい。ま
た、シリコン基板としては多結晶シリコン、単結晶シリ
コン、アモルファスシリコン、窒化シリコン、酸化シリ
コンなどのシリコン物質であってもよい。さらに、薄膜
の一部を活性酸素にさらすことでエッチングレ−トを選
択する方法は、同一の被エッチング材料に限られず、異
なる被エッチング材料に適用することも可能であり、た
とえばシリコン基板と、このシリコン基板に形成された
配線パタ−ンとに適用してもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、被エッチ
ング物質に金の薄膜を形成したのち、高いエッチングレ
−トを得たい部分を活性酸素にさらしてエッチングする
ようにした。

【００３３】したがって、被エッチング物質に金の薄膜
を設けることでエッチングレ−トを高くすることができ
るばかりか、その薄膜を活性酸素にさらすことで、その
部分を他の部分に比べてさらに高いエッチングレ−トで
エッチングすることができるから、たとえば１回のエッ
チング工程で部分的に異なる深さ形状のエッチングを行
うことが可能となるなどの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すエッチング装置の構
成図。

【図２】（ａ）はシリコン基板をエッチングする前の拡
大断面図、（ｂ）は同じくエッチングしたあとの拡大断
面図。

【図３】エッチング条件とエッチングレ−トとの関係を
実験した結果を示すグラフ。

【図４】シリコン基板をＯ₂ プラズマにさらしてからエ
ッチングするための装置の説明図。

【符号の説明】

１…エッチングチャンバ、３…エッチング反応性ガスの
供給源、４…マイクロ波の発生源、８…シリコン基板
（被エッチング物質）、９…金の薄膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南山 隆幸 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エッチングチャンバ内に設置された被エ
   ッチング物質をエッチングする方法において、上記被エ
   ッチング物質の表面に金（Ａｕ）の薄膜を形成する第１
   の工程と、この第１の工程によって金の薄膜が形成され
   た被エッチング物質を上記エッチングチャンバ内に設置
   する第２の工程と、上記被エッチング物質の表面の高い
   エッチングレ−トを得たい部分を活性酸素にさらして上
   記被エッチング物質をエッチングする第３の工程とを具
   備したことを特徴とするエッチング方法。