JPH0783010B2 - エツチング方法 - Google Patents
エツチング方法Info
- Publication number
- JPH0783010B2 JPH0783010B2 JP60285543A JP28554385A JPH0783010B2 JP H0783010 B2 JPH0783010 B2 JP H0783010B2 JP 60285543 A JP60285543 A JP 60285543A JP 28554385 A JP28554385 A JP 28554385A JP H0783010 B2 JPH0783010 B2 JP H0783010B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- etching
- ions
- ccl
- etching method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はエツチング方法に係り、特に微細パターンを高
精度に形成するのに好適なドライエツチング方法に関す
る。
精度に形成するのに好適なドライエツチング方法に関す
る。
半導体集積回路などの微細パターンの加工には、近年、
反応ガスのプラズマを用いたドライエツチング法、特に
反応性スパツタ法が多く用いられている。この方法は、
ガスの反応性に基づくエツチング選択性（特定の材料だ
けを速くエツチする）とイオンの方向性（プラズマから
試料に向かつて加速される）に基づく高精度加工に特徴
がある。そして、この特徴を生かすためには、反応ガス
の種類及びプラズマ放電条件の最適化が必要である。
反応ガスのプラズマを用いたドライエツチング法、特に
反応性スパツタ法が多く用いられている。この方法は、
ガスの反応性に基づくエツチング選択性（特定の材料だ
けを速くエツチする）とイオンの方向性（プラズマから
試料に向かつて加速される）に基づく高精度加工に特徴
がある。そして、この特徴を生かすためには、反応ガス
の種類及びプラズマ放電条件の最適化が必要である。
従来、例えばSiのエツチングにはCCl4，Cl2,HCl及びこ
れらとArの混合ガスを用いる方法（特開昭52-9648号公
報）などが知られている。
れらとArの混合ガスを用いる方法（特開昭52-9648号公
報）などが知られている。
しかし従来の条件では一般にガス圧力が1Pa程度よりも
高く第１図に示したようなイオン１の衝突・散乱が比較
的高い確率で生じるため、側壁６もイオン衝突を受け、
サイドエツチングが生じやすい。１μｍ以下の非常に微
細なパターンを深く加工しようとすると、このような散
乱イオンによる斜め横方向へのエツチングが高精度加工
の障害となつた。
高く第１図に示したようなイオン１の衝突・散乱が比較
的高い確率で生じるため、側壁６もイオン衝突を受け、
サイドエツチングが生じやすい。１μｍ以下の非常に微
細なパターンを深く加工しようとすると、このような散
乱イオンによる斜め横方向へのエツチングが高精度加工
の障害となつた。
これに対して、イオンの衝突を低減するため、ガス圧力
をより低くしようとすると、反応性スパツタ装置の放電
が不安定になる、ガス供給・排気が不安定になるなどの
問題があつた。
をより低くしようとすると、反応性スパツタ装置の放電
が不安定になる、ガス供給・排気が不安定になるなどの
問題があつた。
本発明の目的は、上記のような散乱イオンによるサイド
エツチングを大幅に低減するためのエツチング方法を提
供することにある。
エツチングを大幅に低減するためのエツチング方法を提
供することにある。
上記目的達成のため、本発明は、重い反応ガスと軽い希
ガスの混合ガスを用いることによつて、エツチングイオ
ンの散乱を小さくしかつエツチング装置の放電・排気を
安定に保つ。
ガスの混合ガスを用いることによつて、エツチングイオ
ンの散乱を小さくしかつエツチング装置の放電・排気を
安定に保つ。
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
エツチング装置としてカソードカツプル型の反応性スパ
ツタ装置を用い、Br2とHeを１対９の割合で混合したガ
スをエツチングガスとした。エツチングガス70cc/minの
流量でエツチング室に導入し、排気はメカニカルブース
ターポンプと油回転ポンプデ行つた。このときエツチン
グ室内のガス圧力は6Paであつた。この状態で13.56MHz
の高周波電源により600W（0.3W/cm2）のパワーを投入し
プラズマを発生させて、エツチング室内に置いたSiウエ
ーハをエツチングした。その結果、SiO2をマスクとして
１μｍ幅で５μｍ深さの孔を加工した際の断面形状は、
サイドエツチが0.1μｍ以下で非常に垂直に切り立つた
側壁を持つようになつた。なお、エツチングガスとして
Br2だけを用い、同様に6Paのガス圧力でエツチングした
際には、第１図のような溝の側壁６がやや“く”の字形
にサイドエツチされた形状になつた。また、このときに
は、溝幅が狭くなるほど、もしくは細長い溝よりも円形
に近い孔状の溝のほうが、サイドエツチが増大する傾向
にあつた。さらに、溝のアスペクト比（深さ／幅）が大
きくなるにしたがつて、同じ時間エツチングしても所望
の深さよりも浅い溝しかできないという問題も顕在化し
てきた。
ツタ装置を用い、Br2とHeを１対９の割合で混合したガ
スをエツチングガスとした。エツチングガス70cc/minの
流量でエツチング室に導入し、排気はメカニカルブース
ターポンプと油回転ポンプデ行つた。このときエツチン
グ室内のガス圧力は6Paであつた。この状態で13.56MHz
の高周波電源により600W（0.3W/cm2）のパワーを投入し
プラズマを発生させて、エツチング室内に置いたSiウエ
ーハをエツチングした。その結果、SiO2をマスクとして
１μｍ幅で５μｍ深さの孔を加工した際の断面形状は、
サイドエツチが0.1μｍ以下で非常に垂直に切り立つた
側壁を持つようになつた。なお、エツチングガスとして
Br2だけを用い、同様に6Paのガス圧力でエツチングした
際には、第１図のような溝の側壁６がやや“く”の字形
にサイドエツチされた形状になつた。また、このときに
は、溝幅が狭くなるほど、もしくは細長い溝よりも円形
に近い孔状の溝のほうが、サイドエツチが増大する傾向
にあつた。さらに、溝のアスペクト比（深さ／幅）が大
きくなるにしたがつて、同じ時間エツチングしても所望
の深さよりも浅い溝しかできないという問題も顕在化し
てきた。
このようなHe混合有無の差異は次のように考えられる。
反応性スパツタにおいてエツチングイオンが散乱される
場合、イオンの衝突相手のほとんどはエツチングガス分
子そのものである。したがつてBr2の解離によつて生じ
たBr＋イオンは、Br2＋90％He混合ガスの場合、１割はB
r2と衝突し９割はHeと衝突することになる。このような
衝突を経てエツチング試料表面に入射するBr＋イオンの
入射角分布を計算によつて求めた結果が第２図である。
Br2と衝突したBr＋イオンは、Br＋対Br2の質量比が１対
２であることから、加速方向から大きくそれた方向に散
乱されやすい。このため、入射角度（試料面の法線とイ
オン入射方向との成す角度）は、０度（垂直入射）から
90度近くまでにわたつて分布する。入射角度の大きいイ
オンが多く存在すると、微細溝の加工においては、溝の
底にイオンが到達しにくくなることや側壁で反射したイ
オンによつて対向する側壁がよりサイドエッチされやす
くなるといつた問題が生じると考えられる。一方Heと衝
突したBr＋は、質量比Br＋/He＝20であるため、ほとん
ど加速方向からそれることなく試料面に入射する。した
がつてこの場合のBr＋は、０度に近いところに集中した
入射角度分布をもち、高精度加工に適する。以上より、
同じガス圧力すなわちほぼ同じ衝突確率をもつ状態であ
つても、Br2の純ガスよりもHeを多量混合している方が
はるかにイオンの方向性が揃い、垂直な加工ができる。
なお、He＋イオンはHeまたはBr2と衝突して比較的大き
な入射角度分布をもつが、He＋のスパツタ作用が小さい
ためあまりサイドエツチングには寄与しなかつたと考え
られる。
反応性スパツタにおいてエツチングイオンが散乱される
場合、イオンの衝突相手のほとんどはエツチングガス分
子そのものである。したがつてBr2の解離によつて生じ
たBr＋イオンは、Br2＋90％He混合ガスの場合、１割はB
r2と衝突し９割はHeと衝突することになる。このような
衝突を経てエツチング試料表面に入射するBr＋イオンの
入射角分布を計算によつて求めた結果が第２図である。
Br2と衝突したBr＋イオンは、Br＋対Br2の質量比が１対
２であることから、加速方向から大きくそれた方向に散
乱されやすい。このため、入射角度（試料面の法線とイ
オン入射方向との成す角度）は、０度（垂直入射）から
90度近くまでにわたつて分布する。入射角度の大きいイ
オンが多く存在すると、微細溝の加工においては、溝の
底にイオンが到達しにくくなることや側壁で反射したイ
オンによつて対向する側壁がよりサイドエッチされやす
くなるといつた問題が生じると考えられる。一方Heと衝
突したBr＋は、質量比Br＋/He＝20であるため、ほとん
ど加速方向からそれることなく試料面に入射する。した
がつてこの場合のBr＋は、０度に近いところに集中した
入射角度分布をもち、高精度加工に適する。以上より、
同じガス圧力すなわちほぼ同じ衝突確率をもつ状態であ
つても、Br2の純ガスよりもHeを多量混合している方が
はるかにイオンの方向性が揃い、垂直な加工ができる。
なお、He＋イオンはHeまたはBr2と衝突して比較的大き
な入射角度分布をもつが、He＋のスパツタ作用が小さい
ためあまりサイドエツチングには寄与しなかつたと考え
られる。
Br2ガスだけを用いる方法でも、例えばガス流量を数cc/
minと少なくすることによつて、ガス圧力を低くしイオ
ンの散乱を少なくできる。しかしエツチング室へのガス
導入量を減少すると、放電中にエツチング室内壁から放
出される不純物ガスの影響を受けやすくなり、エツチン
グの再現性を著しく損つた。Heを混合した方がポンプの
動作圧が高いので、同じ分圧のときBr2の流量をより多
くできる。また、油拡散ポンプなどを用いてエツチング
室のガス圧力を大幅に下げた場合には放電が不安定にな
つた。これは、ガス分子が非常に疎になつたため放電の
開始・維持に必要な電離がエツチング室内で安定にでき
なくなるためである。
minと少なくすることによつて、ガス圧力を低くしイオ
ンの散乱を少なくできる。しかしエツチング室へのガス
導入量を減少すると、放電中にエツチング室内壁から放
出される不純物ガスの影響を受けやすくなり、エツチン
グの再現性を著しく損つた。Heを混合した方がポンプの
動作圧が高いので、同じ分圧のときBr2の流量をより多
くできる。また、油拡散ポンプなどを用いてエツチング
室のガス圧力を大幅に下げた場合には放電が不安定にな
つた。これは、ガス分子が非常に疎になつたため放電の
開始・維持に必要な電離がエツチング室内で安定にでき
なくなるためである。
本実施例では、多量に混合したHeにより、ガスの供給・
排気及び放電状態を安定に保ちながら、イオンの方向性
は揃えることができるので、再現性よくSiの微細溝を高
精度に加工できた。
排気及び放電状態を安定に保ちながら、イオンの方向性
は揃えることができるので、再現性よくSiの微細溝を高
精度に加工できた。
Heと混合する反応ガスは、Heに対して十分に質量の大き
いイオンを発生するものが好ましく、ClやBrもしくはＩ
といつた重いハロゲン元素の化合物が適する。Ｆ化合物
のなかでF2，SF6，CF4は、Ｆイオンが軽いというだけで
なく、中性のＦラジカルによるサイドエツチが生じやす
い点でも、Si高精度加工に不適当である。Heと混合して
良好な加工ができた反応ガスは、CCl4，CCl4＋O2，SiCl
4,HCl,Cl2,HBr,HBr2，及び同じく塩化物・臭化物である
がＦもCFの形で含まれるCCl3，CCl2F2，CCl3F，CBrF3，
C2Br2F4などであつた。
いイオンを発生するものが好ましく、ClやBrもしくはＩ
といつた重いハロゲン元素の化合物が適する。Ｆ化合物
のなかでF2，SF6，CF4は、Ｆイオンが軽いというだけで
なく、中性のＦラジカルによるサイドエツチが生じやす
い点でも、Si高精度加工に不適当である。Heと混合して
良好な加工ができた反応ガスは、CCl4，CCl4＋O2，SiCl
4,HCl,Cl2,HBr,HBr2，及び同じく塩化物・臭化物である
がＦもCFの形で含まれるCCl3，CCl2F2，CCl3F，CBrF3，
C2Br2F4などであつた。
また、Heの混合効果は、Heによる反応ガスの10倍以上の
稀釈の際に顕著に認められた。すなわち、10Pa以下程度
の低ガス圧力エツチング条件においてさらにHe稀釈によ
つてイオンの平均自由行程を実質的に１桁以上増大する
ことによつて、顕著な加工精度の向上を図ることができ
る。
稀釈の際に顕著に認められた。すなわち、10Pa以下程度
の低ガス圧力エツチング条件においてさらにHe稀釈によ
つてイオンの平均自由行程を実質的に１桁以上増大する
ことによつて、顕著な加工精度の向上を図ることができ
る。
なお、Heを多量に混合々する方法は、Siだけなでく、Si
O2やAlなど他の材料の高精度加工においても同様に有効
であつた。
O2やAlなど他の材料の高精度加工においても同様に有効
であつた。
〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、同じエツチング装
置でもより高精度かつ安定にエツチングでき、Siを始め
とする材料の微細パターンをマスク寸法通りに加工でき
るので、半導体装置の微細化・高集積化・高性能化に多
大な効果がある。
置でもより高精度かつ安定にエツチングでき、Siを始め
とする材料の微細パターンをマスク寸法通りに加工でき
るので、半導体装置の微細化・高集積化・高性能化に多
大な効果がある。
第１図はエツチングの様子を示す加工部断面図、第２図
は本発明の原理を示す曲線図である。 １…イオン、２…ガス分子、３…Si、４…マスク、５…
微細パターン、６…側壁。
は本発明の原理を示す曲線図である。 １…イオン、２…ガス分子、３…Si、４…マスク、５…
微細パターン、６…側壁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 忠雄 東京都小平市上水本町1448番地 日立超エ ス・アイ・エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−147532（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】真空容器内に置かれた被加工物を反応ガス
のプラズマと接触させることによって該被加工物をエッ
チングする方法において、上記反応ガスは塩素や臭素も
しくはヨウ素の化合物からなる第１のガスとヘリウムガ
スとを含み、エッチング時のガス圧が10Pa以下であり、
該反応ガス中における該ヘリウムガスの割合は該第１の
ガスの10倍以上（但し、ヘリウムガスの供給量が800SCC
M以上は除く）であることを特徴とするエッチング方
法。 - 【請求項２】上記塩素の化合物は、CCl4、SiCl4、HCl、
Cl2、CCl2F2又はCCl3Fであることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のエッチング方法。 - 【請求項３】上記臭素の化合物は、HBr、Br2、CBrF3又
はC2Br2F4であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60285543A JPH0783010B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | エツチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60285543A JPH0783010B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | エツチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62145733A JPS62145733A (ja) | 1987-06-29 |
| JPH0783010B2 true JPH0783010B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=17692897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60285543A Expired - Lifetime JPH0783010B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | エツチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783010B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0565212A2 (en) * | 1986-12-19 | 1993-10-13 | Applied Materials, Inc. | Iodine etch process for silicon and silicides |
| JPH0817169B2 (ja) * | 1988-03-11 | 1996-02-21 | 株式会社日立製作所 | プラズマエッチング方法 |
| JP4071494B2 (ja) * | 2001-12-28 | 2008-04-02 | 松下電器産業株式会社 | イオン照射装置 |
| JP5041696B2 (ja) * | 2005-11-15 | 2012-10-03 | パナソニック株式会社 | ドライエッチング方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61147532A (ja) * | 1984-12-21 | 1986-07-05 | Toshiba Corp | 反応性イオンエツチング方法 |
-
1985
- 1985-12-20 JP JP60285543A patent/JPH0783010B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62145733A (ja) | 1987-06-29 |
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