JPH0786234A - エッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エッチング後のトレンチ内部において、滑らか
なシリコン表面を実現するエッチング方法を提供する。 【構成】シリコン単結晶基体の一主面上にノボラック系
フォトレジスト層を設け、フォトリソグラフィーによっ
て上記フォトレジスト層に開孔部を設けて、その残留部
分をエッチングマスクとし、エッチングガスとしてＨＢ
ｒを含むガスを用いてマグネトロン・リアクティブ・イ
オンエッチング法によって上記シリコン単結晶をエッチ
ングし、かつ、上記エッチングにおける雰囲気のガス圧
力を５ｍＴorr以上２５ｍＴorr以下の範囲に設定して上
記エッチングを行なうことを特徴とするエッチング方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主にＩＣ、ＬＳＩやマ
イクロマシンの製造プロセスにおけるシリコンのエッチ
ング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４〜図７は、従来のエッチング方法の
一例を示す図である。このエッチング方法は、エッチン
グマスクとしてノボラック系ポジ型フォトレジストを用
い、エッチングガスとしてＨＢｒ（臭化水素）を用い
て、マグネトロン・リアクティブ・イオンエッチング法
（以下、ＭＲＩＥ法と記す）によって単結晶シリコン基
板をトレンチ・エッチングする方法である。まず、図４
は、シリコン基板上にフォトレジストを塗布したのち、
プロキシミティー露光および現像によってエッチング・
マスクパターンを形成した場合の断面図である。図４に
おいて、１はシリコンウェハ、２はその上のフォトレジ
ストエッチングマスクである。上述のようにプロキシミ
ティー露光を用いると、フォトレジスト・エッチングマ
スク２には傾斜した側壁３が形成される。レジストの厚
さは１〜２μｍ程度である。また、図５は、上記のサン
プルをＭＲＩＥ法により、ＨＢｒガスを用いてエッチン
グを行なった場合に形成されたトレンチ４の形状の断面
図である。この場合のＨＢｒガスの圧力条件は、上記の
エッチングにおいて多用されている１００ｍＴorr程度
の圧力にして行なった。このような従来のエッチングに
おいては、図５に示すように、トレンチ４の側壁部に、
リアクティブ・イオンエッチングにおいてしばしば散見
される針状の突起５が無数に形成された荒れた形状を示
し、また、その底部には柱状のエッチング残り６が発生
している。さらに、一般に、トレンチエッチングにおい
ては、反応生成物から自動的に側壁保護膜を生成させて
トレンチ側壁を保護し、形状を改善するが、このエッチ
ング系では上記の側壁保護膜が十分に形成されないた
め、エッチング圧力を上記の程度に高圧化した条件では
形状がより悪化する方向に働く。上記のような荒れたエ
ッチング形状は、フォトレジストマスクの側壁が傾斜し
た場合に特に顕著である。一方、通称ステッパーと呼ば
れる縮小露光によってフォトレジストパターンを形成し
た場合には、フォトレジスト形状は図６に示すように垂
直な側壁７が形成される。しかしながらＨＢｒガスによ
るエッチングはスパッタ性が強いため、エッチングが進
むに従ってマスクのフォトレジストの角は図７に示すよ
うに削られ、次第に図４に示すようなフォトレジストの
側壁が傾斜した形状となっていく。そのため、さらにエ
ッチング操作を進めると、結局、上記図５と同様の形状
となってしまう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、従来の
ＨＢｒを用いたマグネトロン・リアクティブ・イオンエ
ッチング法においては、エッチングの状態は形状不良で
あるばかりでなく、その後のプロセスにおいて針状の突
起５が破壊され、パーティクルとなって周囲のパターン
に不良を引き起こしたり、突起が存在する部分は表面積
が広くなるため、プロセス中に使用する薬品が洗浄しき
れずに残留し、後の工程において不良を引き起こすなど
の種々の問題があった。本発明は、上記のごとき従来技
術の問題を解決するためになされたものであり、エッチ
ング後におけるトレンチ内部に滑らかなシリコン表面を
形成することの出来るエッチング方法を提供することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては特許請求の範囲に記載するように
構成している。すなわち、シリコン単結晶基体の一主面
上にノボラック系フォトレジスト層を設け、フォトリソ
グラフィーによって上記フォトレジスト層に開孔部を設
けて、その残留部分をエッチングマスクとし、エッチン
グガスとしてＨＢｒを含むガスを用いてマグネトロン・
リアクティブ・イオンエッチング法によって上記シリコ
ン単結晶をエッチングし、かつ、エッチング圧力すなわ
ちエッチングにおける雰囲気の圧力を低圧化して、５ｍ
Ｔorr以上２５ｍＴorr以下の範囲としたものである。

【０００５】

【作用】本発明者の知見によれば、マグネトロン・リア
クティブ・イオンエッチング法においては、トレンチ内
の表面形状およびエッチング速度がエッチング圧力（雰
囲気の圧力：この場合にはＨＢｒガス圧力に相当する）
によって大幅に変化することが判明した。すなわち、ト
レンチ内の表面形状は、エッチング圧力が２５ｍＴorr
以下の範囲では滑らかで良好な状態となる。これは雰囲
気を低圧化することにより、ＨＢｒガスとシリコンとの
反応を妨害する反応生成物の除去を促進することが出来
るので、トレンチ内のエッチング形状として突起やエッ
チング残りが生じない滑らかな表面を得ることができる
ものと思われる。

【０００６】また、エッチングレートすなわちエッチン
グ速度は、後記図３で詳述するように、エッチング圧力
が１５ｍＴorr付近において最も大きくなる。すなわ
ち、１５ｍＴorr以上の範囲においては、エッチング圧
力が低くなるに従ってエッチング速度が増加するが、１
５ｍＴorr以下の範囲においては、エッチング圧力が低
くなるに従ってエッチング速度も低下する。したがって
前記の滑らかな表面形状が得られる上限値の２５ｍＴor
r以下の範囲で考察すると、２５ｍＴorr以下１５ｍＴor
r以上の範囲では、エッチング圧力が低くなるに従って
エッチング速度が増加するので、１５ｍＴorrに近づく
に従ってエッチング速度も高く、しかも表面形状も良好
なエッチングを行なうことが出来る。一方、１５ｍＴor
r未満の範囲においては、エッチング圧力が低くなるに
従ってエッチング速度も低下する。そのため、実用可能
な現実的な値として、従来方法の１００ｍＴorr程度に
おけるエッチング速度と同等以上の範囲に限定するとす
れば、５ｍＴorr以上の値にする必要がある。したがっ
て、トレンチの表面形状の良否とエッチング速度との両
方の条件を満足する値としては、２５ｍＴorr以下５ｍ
Ｔorr以上の範囲となり、特に１５ｍＴorr付近の値が最
も良い条件となる。

【０００７】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
図１は、本発明のエッチング方法に用いるエッチング装
置の一実施例の断面図である。図１において、１０はエ
ッチングチャンバ、１１は真空ポンプであり、エッチン
グチャンバ１０内を真空に排気している。また、１２は
ウェハを乗せるサセプタであり、エッチングチャンバ１
０から電気的に絶縁されている。このサセプタ１２上に
はシリコンウェハ１が置かれ、発振周波数１３.５６Ｍ
Ｈｚの高周波電源１３から、インピーダンスマッチング
回路１４を介して電力が供給されている。また、ガス供
給プレート１５がサセプタ１２の上方に設置され、エッ
チングガスを均等に放射する。さらに磁界１６がサセプ
タ１２とガス供給プレート１５の間に平行に印加されて
いる。この実施例において用いるサンプルは、前記図４
と同様に、シリコンウェハ上にノボラック系ポジ型フォ
トレジストを塗布したのち、プロキシミティー露光およ
び現像によってエッチング・マスクパターンを形成した
ものである。このサンプルに対してＭＲＩＥ法によって
ＨＢｒガスを用いてエッチングを行なう。エッチング条
件としては、ＨＢｒガス流量を５０ｓｃｃｍ、印加磁界
を１００Ｇとし、ウェハ１に対して電力密度１.２Ｗ／
ｃｍ²でエッチングを行なった。その結果、エッチング
圧力（この場合にはＨＢｒガスの圧力に相当する）が２
５ｍＴorr以下の場合には、図２に示すごとき良好な表
面形状を持ったエッチング形状を得ることができた。す
なわち、エッチング圧力（エッチング中の雰囲気のガス
圧力）を所定値（２５ｍＴorr）以下に低圧化すると、
ＨＢｒガスとシリコンとの反応を妨害する反応生成物の
除去を促進することが出来るので、トレンチ内のエッチ
ング形状として突起やエッチング残りが生じない滑らか
な表面を得ることができる。また、上記のエッチングに
おいては、フォトレジストがエッチングされる速度と排
気によって除去される速度との比が表面状態を支配する
ため、ガス流量、印加磁界および投入電力にはエッチン
グ面の状態は著しくは影響されない。したがって、ガス
流量、印加磁界および投入電力の値を上記のエッチング
条件から変更しても、上記のエッチング圧力の条件はあ
まり変動しない。つまり、エッチング圧力を上記の２５
ｍＴorr以下にすれば、ガス流量、印加磁界および投入
電力などの条件を変更しても良好なエッチングを行なう
ことが出来る。

【０００８】次に、図３は、エッチング圧力とエッチン
グレート（エッチング速度）との関係を示す特性図であ
る。なお、図３においては、単位時間当りのエッチング
深さをエッチング速度と定義している。図３から判るよ
うに、エッチング速度は、エッチング圧力が１５ｍＴor
r付近において最も大きくなる。すなわち、エッチング
圧力が１５ｍＴorr以上の範囲においては、エッチング
圧力が低くなるに従ってエッチング速度が増加するが、
１５ｍＴorr以下の範囲においては、エッチング圧力が
低くなるに従ってエッチング速度も低下する。したがっ
て前記の滑らかな表面形状が得られる上限値の２５ｍＴ
orr以下の範囲で考察すると、２５ｍＴorr以下１５ｍＴ
orr以上の範囲では、エッチング圧力が低くなるに従っ
てエッチング速度が増加するので、１５ｍＴorrに近づ
くに従ってエッチング速度も高く、しかも表面形状も良
好なエッチングを行なうことが出来る。一方、１５ｍＴ
orr未満の範囲においては、エッチング圧力が低くなる
に従ってエッチング速度も低下する。この場合、トレン
チの表面形状は、エッチング圧力の非常に低い範囲でも
良好な状態を保っているが、エッチング速度が大幅に低
下すると実用的に使用不能となる。そのため、現実的な
値として、従来方法の１００ｍＴorr程度におけるエッ
チング速度と同等以上の範囲に限定するとすれば、５ｍ
Ｔorr以上の値にする必要がある。したがって、トレン
チの表面形状の良否とエッチング速度との両方の条件を
満足する値としては、２５ｍＴorr以下５ｍＴorr以上の
範囲となり、特に１５ｍＴorr付近の値が最も良い条件
となる。なお、エッチングによって放出されたエッチン
グ生成物がウェハ表面を流れるため、ウェハの部位によ
ってエッチング形状が不均一になることがしばしば生ず
るが、本発明のようにエッチング圧力を低下させること
により、エッチング生成物が除去されるやすくなるの
で、形状の不均一が改善されるという効果も得られる。

【０００９】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明において
は、ノボラック系ポジ型フォトレジストをエッチングマ
スクとし、ＨＢｒガスを用いてＭＲＩＥによって単結晶
シリコンをエッチングする場合には、エッチング圧力を
５ｍＴorr以上２５ｍＴorr以下とすることにより、実用
上使用可能なエッチング速度において、滑らかなエッチ
ング表面形状を得ることができる、という効果が得られ
る。また、エッチング圧力を低圧化したことにより、従
来よりも大きなエッチング速度が得られ、処理時間の短
縮も図られると共に、エッチング形状の不均一が改善さ
れるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエッチング方法に用いるエッチング装
置の一実施例の断面図。

【図２】本発明によるエッチング形状の一実施例の断面
図。

【図３】エッチング圧力とエッチング速度との関係を示
す特性図。

【図４】サンプルのマスク形状の一例の断面図。

【図５】従来法によって形成されるトレンチ形状の一例
の断面図。

【図６】従来法におけるサンプルの第２のマスク形状の
断面図。

【図７】従来法におけるサンプルの第２のマスク形状の
変化を示す断面図。

【符号の説明】

１…シリコンウェハ １０…エッチ
ングチャンバ ２…フォトレジスト・エッチングマスク １１…真空ポ
ンプ ３…傾斜した側壁 １２…サセプ
タ ４…トレンチ １３…高周波
電源 ５…突起 １４…インピ
ーダンスマッチング回路 ６…エッチング残り １５…ガス供
給プレート ７…垂直な側壁 １６…印加磁
界

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン単結晶基体の一主面上にノボラッ
   ク系フォトレジスト層を設け、 フォトリソグラフィーによって上記フォトレジスト層に
   開孔部を設けて、その残留部分をエッチングマスクと
   し、 エッチングガスとしてＨＢｒを含むガスを用いてマグネ
   トロン・リアクティブ・イオンエッチング法によって上
   記シリコン単結晶をエッチングし、 かつ、上記エッチングにおける雰囲気のガス圧力を５ｍ
   Ｔorr以上２５ｍＴorr以下の範囲に設定して上記エッチ
   ングを行なうことを特徴とするエッチング方法。